Znanstvenici s Tehnološkog instituta u Tokiju pokazali su da su čestice bakrenog oksida na sub-nanoskali snažniji katalizatori od onih na nanoskali.Ove subnanočestice također mogu katalizirati oksidacijske reakcije aromatskih ugljikovodika daleko učinkovitije od katalizatora koji se trenutno koriste u industriji.Ova studija utire put boljem i učinkovitijem korištenju aromatskih ugljikovodika, koji su važni materijali i za istraživanje i za industriju.

Selektivna oksidacija ugljikovodika važna je u mnogim kemijskim reakcijama i industrijskim procesima, i kao takva, znanstvenici su bili u potrazi za učinkovitijim načinima za provođenje ove oksidacije.Utvrđeno je da su nanočestice bakrenog oksida (CunOx) korisne kao katalizator za preradu aromatskih ugljikovodika, ali potraga za još učinkovitijim spojevima se nastavlja.

U nedavnoj prošlosti znanstvenici su primijenili katalizatore na bazi plemenitih metala koji se sastoje od čestica na sub-nano razini.Na ovoj razini čestice mjere manje od nanometra i kada se stave na odgovarajuće podloge, mogu ponuditi čak i veće površine od katalizatora nanočestica za promicanje reaktivnosti.

U tom trendu, tim znanstvenika uključujući prof. Kimihisa Yamamoto i dr. Makoto Tanabe s Tokijskog instituta za tehnologiju (Tokyo Tech) istraživao je kemijske reakcije katalizirane subnanočesticama CunOx (SNP) kako bi procijenio njihovu učinkovitost u oksidaciji aromatskih ugljikovodika.CunOx SNP-ovi tri specifične veličine (s 12, 28 i 60 atoma bakra) proizvedeni su unutar okvira poput stabla koji se nazivaju dendrimeri.Oslonjeni na podlogu od cirkonijevog oksida, primijenjeni su na aerobnu oksidaciju organskog spoja s aromatskim benzenskim prstenom.

Za analizu struktura sintetiziranih SNP-ova korištene su rendgenska fotoelektronska spektroskopija (XPS) i infracrvena spektroskopija (IR), a rezultati su potkrijepljeni izračunima teorije funkcionalnosti gustoće (DFT).

XPS analiza i DFT izračuni otkrili su povećanje ionizacije veza bakar-kisik (Cu-O) kako se veličina SNP-a smanjivala.Ova polarizacija veze bila je veća od one koja se vidi u skupnim Cu-O vezama, a veća polarizacija bila je uzrok pojačane katalitičke aktivnosti CunOx SNP-ova.

Tanabe i članovi tima primijetili su da su CunOx SNP-ovi ubrzali oksidaciju CH3 skupina vezanih za aromatski prsten, što je dovelo do stvaranja proizvoda.Kad se katalizator CunOx SNP nije koristio, nisu nastali produkti.Katalizator s najmanjim CunOx SNP-ovima, Cu12Ox, imao je najbolje katalitičke performanse i pokazao se najdugotrajnijim.

Kako Tanabe objašnjava, "povećanje ionizacije Cu-O veza sa smanjenjem veličine CunOx SNP-ova omogućuje njihovu bolju katalitičku aktivnost za oksidaciju aromatskih ugljikovodika."

Njihovo istraživanje podupire tvrdnju da postoji veliki potencijal za korištenje SNP-ova bakrenog oksida kao katalizatora u industrijskim primjenama."Katalitička izvedba i mehanizam ovih sintetiziranih CunOx SNP-ova kontrolirane veličine bili bi bolji od onih katalizatora plemenitih metala, koji se trenutno najčešće koriste u industriji", rekao je Yamamoto, nagovještavajući što CunOx SNP-ovi mogu postići u budućnosti.

Materijali osigurani od Tokyo Institute of Technology.Napomena: Sadržaj se može uređivati ​​za stil i duljinu.

Primajte najnovije vijesti o znanosti uz besplatne biltene e-pošte ScienceDailyja, ažurirane dnevno i tjedno.Ili pregledajte newsfeedove koji se ažuriraju svakog sata u vašem RSS čitaču:

Recite nam što mislite o ScienceDailyju — pozdravljamo i pozitivne i negativne komentare.Imate li problema s korištenjem stranice?Pitanja?