دانشمندان موسسه فناوری توکیو نشان داده‌اند که ذرات اکسید مس در مقیاس فرعی نانو کاتالیزور قوی‌تری نسبت به ذرات در مقیاس نانو هستند.این زیر نانوذرات همچنین می‌توانند واکنش‌های اکسیداسیون هیدروکربن‌های آروماتیک را بسیار موثرتر از کاتالیزورهایی که در حال حاضر در صنعت استفاده می‌شوند، کاتالیز کنند.این مطالعه راه را برای استفاده بهتر و کارآمدتر از هیدروکربن های آروماتیک، که مواد مهمی برای تحقیقات و صنعت هستند، هموار می کند.

اکسیداسیون انتخابی هیدروکربن ها در بسیاری از واکنش های شیمیایی و فرآیندهای صنعتی مهم است و به همین دلیل، دانشمندان به دنبال راه های کارآمدتر برای انجام این اکسیداسیون بوده اند.نانوذرات اکسید مس (CunOx) به عنوان یک کاتالیزور برای پردازش هیدروکربن‌های معطر مفید هستند، اما تلاش برای یافتن ترکیبات مؤثرتر ادامه یافته است.

در گذشته نزدیک، دانشمندان از کاتالیزورهای مبتنی بر فلزات نجیب متشکل از ذرات در سطح زیر نانو استفاده کردند.در این سطح، اندازه ذرات کمتر از یک نانومتر است و زمانی که بر روی بسترهای مناسب قرار می‌گیرند، می‌توانند سطوح سطحی حتی بالاتری نسبت به کاتالیزورهای نانوذراتی داشته باشند تا واکنش‌پذیری را افزایش دهند.

در این روند، تیمی از دانشمندان از جمله پروفسور کیمیهیسا یاماموتو و دکتر ماکوتو تانابه از مؤسسه فناوری توکیو (تکنولوژی توکیو) واکنش‌های شیمیایی کاتالیز شده توسط زیر نانوذرات CunOx (SNPs) را بررسی کردند تا عملکرد آنها را در اکسیداسیون هیدروکربن‌های معطر ارزیابی کنند.CunOx SNP با سه اندازه خاص (با 12، 28 و 60 اتم مس) در چارچوب های درخت مانند به نام دندریمر تولید شد.با پشتیبانی از یک بستر زیرکونیا، آنها برای اکسیداسیون هوازی یک ترکیب آلی با یک حلقه بنزن معطر اعمال شدند.

طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس (XPS) و طیف‌سنجی مادون قرمز (IR) برای تجزیه و تحلیل ساختار SNP‌های سنتز شده استفاده شد و نتایج توسط محاسبات تئوری عملکرد چگالی (DFT) پشتیبانی شد.

تجزیه و تحلیل XPS و محاسبات DFT افزایش یونیته پیوندهای مس-اکسیژن (Cu-O) را با کاهش اندازه SNP نشان داد.این پلاریزاسیون پیوند بیشتر از آن چیزی بود که در پیوندهای Cu-O حجیم مشاهده می‌شد، و پلاریزاسیون بیشتر علت افزایش فعالیت کاتالیزوری SNP‌های CunOx بود.

Tanabe و اعضای تیم مشاهده کردند که CunOx SNPs اکسیداسیون گروه های CH3 متصل به حلقه معطر را سرعت می بخشد و در نتیجه منجر به تشکیل محصولات می شود.هنگامی که کاتالیزور CunOx SNP استفاده نشد، هیچ محصولی تشکیل نشد.کاتالیزوری با کوچکترین SNP های CunOx، Cu12Ox، بهترین عملکرد کاتالیزوری را داشت و ثابت کرد که طولانی ترین ماندگاری را دارد.

همانطور که Tanabe توضیح می دهد، "افزایش یونیته پیوندهای Cu-O با کاهش اندازه CunOx SNPs، فعالیت کاتالیزوری بهتر آنها را برای اکسیداسیون هیدروکربن های آروماتیک ممکن می کند."

تحقیقات آنها از این ادعا حمایت می کند که پتانسیل زیادی برای استفاده از SNP های اکسید مس به عنوان کاتالیزور در کاربردهای صنعتی وجود دارد.یاماموتو با اشاره به دستاوردهای CunOx SNP در آینده می‌گوید: «عملکرد و مکانیسم کاتالیزوری این CunOx SNP سنتز شده با اندازه کنترل‌شده بهتر از کاتالیزورهای فلزات نجیب است که در حال حاضر بیشتر در صنعت استفاده می‌شوند.»

مواد ارائه شده توسط موسسه فناوری توکیو.توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.

با خبرنامه های ایمیل رایگان ScienceDaily که روزانه و هفتگی به روز می شوند، آخرین اخبار علمی را دریافت کنید.یا فیدهای اخبار ساعتی را در RSS Reader خود مشاهده کنید:

نظر خود را درباره ScienceDaily به ما بگویید - ما از نظرات مثبت و منفی استقبال می کنیم.آیا در استفاده از سایت مشکلی دارید؟سوالات؟