Tokion teknillisen korkeakoulun tutkijat ovat osoittaneet, että kuparioksidihiukkaset nanomittakaavassa ovat tehokkaampia katalyyttejä kuin nanomittakaavassa olevat.Nämä subnanohiukkaset voivat myös katalysoida aromaattisten hiilivetyjen hapetusreaktioita paljon tehokkaammin kuin teollisuudessa tällä hetkellä käytetyt katalyytit.Tämä tutkimus tasoittaa tietä aromaattisten hiilivetyjen parempaan ja tehokkaampaan hyödyntämiseen, sillä ne ovat tärkeitä materiaaleja sekä tutkimukselle että teollisuudelle.

Hiilivetyjen selektiivinen hapetus on tärkeä monissa kemiallisissa reaktioissa ja teollisissa prosesseissa, ja sellaisena tutkijat ovat etsineet tehokkaampia tapoja suorittaa tämä hapetus.Kuparioksidin (CunOx) nanohiukkaset on todettu hyödyllisiksi aromaattisten hiilivetyjen prosessoinnin katalyytteinä, mutta entistä tehokkaampien yhdisteiden etsintä on jatkunut.

Viime aikoina tutkijat käyttivät jalometallipohjaisia ​​katalyyttejä, jotka koostuvat hiukkasista nanotason alapuolella.Tällä tasolla hiukkasten mitat ovat alle nanometrin, ja kun ne asetetaan sopiville substraateille, ne voivat tarjota jopa suuremmat pinta-alat kuin nanopartikkelikatalyytit reaktiivisuuden edistämiseksi.

Tämän suuntauksen mukaisesti tutkijaryhmä, mukaan lukien professori Kimihisa Yamamoto ja tohtori Makoto Tanabe Tokyo Institute of Technologysta (Tokyo Tech), tutki CunOx-subnanohiukkasten (SNP) katalysoimia kemiallisia reaktioita arvioidakseen niiden suorituskykyä aromaattisten hiilivetyjen hapetuksessa.Kolmen tietyn koon (12, 28 ja 60 kupariatomin) CunOx SNP:t tuotettiin puumaisissa kehyksissä, joita kutsutaan dendrimeereiksi.Zirkoniumoksidisubstraatille tuettuna niitä käytettiin orgaanisen yhdisteen aerobiseen hapetukseen aromaattisella bentseenirenkaalla.

Syntetisoitujen SNP:iden rakenteiden analysoinnissa käytettiin röntgenfotoelektronispektroskopiaa (XPS) ja infrapunaspektroskopiaa (IR), ja tuloksia tukivat tiheysfunktionaalisuusteorian (DFT) laskelmat.

XPS-analyysi ja DFT-laskelmat paljastivat kupari-happisidosten (Cu-O) ionisyyden lisääntyvän SNP:n koon pienentyessä.Tämä sidospolarisaatio oli suurempi kuin Cu-O-sidoksissa havaittu, ja suurempi polarisaatio oli syy CunOx SNP:iden parantuneeseen katalyyttiseen aktiivisuuteen.

Tanabe ja tiimin jäsenet havaitsivat, että CunOx SNP:t nopeuttavat aromaattiseen renkaaseen kiinnittyneiden CH3-ryhmien hapettumista, mikä johti tuotteiden muodostumiseen.Kun CunOx SNP-katalyyttiä ei käytetty, tuotteita ei muodostunut.Katalyytillä, jossa oli pienimmät CunOx SNP:t, Cu12Ox, oli paras katalyyttinen suorituskyky ja se osoittautui pisimpään kestäväksi.

Kuten Tanabe selittää, "Cu-O-sidosten ionisyyden lisääntyminen CunOx SNP:iden koon pienentyessä mahdollistaa niiden paremman katalyyttisen aktiivisuuden aromaattisten hiilivetyjen hapettumiseen."

Heidän tutkimuksensa tukee väitettä, että kuparioksidin SNP:iden käyttämiseen katalyytteinä teollisissa sovelluksissa on suuri potentiaali."Näiden kokoohjattujen syntetisoitujen CunOx SNP:iden katalyyttinen suorituskyky ja mekanismi olisivat parempia kuin jalometallikatalyyttien, joita tällä hetkellä käytetään teollisuudessa yleisimmin", Yamamoto sanoo vihjaillessaan, mitä CunOx SNP:t voivat saavuttaa tulevaisuudessa.

Tokyo Institute of Technologyn toimittamat materiaalit.Huomautus: Sisältöä voidaan muokata tyylin ja pituuden mukaan.

Saat viimeisimmät tiedeuutiset ScienceDailyn ilmaisilla sähköpostiuutiskirjeillä, joita päivitetään päivittäin ja viikoittain.Tai katso tunneittain päivitetyt uutissyötteet RSS-lukijassasi:

Kerro meille mielipiteesi ScienceDailysta – otamme mielellämme vastaan ​​sekä positiivisia että negatiivisia kommentteja.Onko sinulla ongelmia sivuston käytössä?Kysymyksiä?