Gli scienziati del Tokyo Institute of Technology hanno dimostrato che le particelle di ossido di rame su scala sub-nanoscopica sono catalizzatori più potenti di quelle su scala nanometrica.Queste subnanoparticelle possono anche catalizzare le reazioni di ossidazione degli idrocarburi aromatici in modo molto più efficace rispetto ai catalizzatori attualmente utilizzati nell’industria.Questo studio apre la strada a un utilizzo migliore e più efficiente degli idrocarburi aromatici, che sono materiali importanti sia per la ricerca che per l’industria.

L'ossidazione selettiva degli idrocarburi è importante in molte reazioni chimiche e processi industriali e, come tale, gli scienziati sono alla ricerca di modi più efficienti per effettuare questa ossidazione.Le nanoparticelle di ossido di rame (CunOx) si sono rivelate utili come catalizzatore per il trattamento degli idrocarburi aromatici, ma la ricerca di composti ancora più efficaci è continuata.

Nel recente passato, gli scienziati hanno applicato catalizzatori a base di metalli nobili costituiti da particelle a livello sub-nano.A questo livello, le particelle misurano meno di un nanometro e, se posizionate su substrati appropriati, possono offrire aree superficiali ancora più elevate rispetto ai catalizzatori a nanoparticelle per promuovere la reattività.

In questa tendenza, un team di scienziati tra cui il Prof. Kimihisa Yamamoto e il Dr. Makoto Tanabe del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) ha studiato le reazioni chimiche catalizzate dalle subnanoparticelle CunOx (SNP) per valutare le loro prestazioni nell'ossidazione degli idrocarburi aromatici.SNP CunOx di tre dimensioni specifiche (con 12, 28 e 60 atomi di rame) sono stati prodotti all'interno di strutture ad albero chiamate dendrimeri.Supportati su un substrato di zirconia, sono stati applicati all'ossidazione aerobica di un composto organico con un anello benzenico aromatico.

La spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS) e la spettroscopia infrarossa (IR) sono state utilizzate per analizzare le strutture degli SNP sintetizzati e i risultati sono stati supportati dai calcoli della teoria della funzionalità della densità (DFT).

L'analisi XPS e i calcoli DFT hanno rivelato una crescente ionicità dei legami rame-ossigeno (Cu-O) al diminuire delle dimensioni dello SNP.Questa polarizzazione del legame era maggiore di quella osservata nei legami Cu-O sfusi e la maggiore polarizzazione era la causa dell'aumentata attività catalitica degli SNP CunOx.

Tanabe e i membri del team hanno osservato che gli SNP CunOx accelerano l'ossidazione dei gruppi CH3 attaccati all'anello aromatico, portando così alla formazione di prodotti.Quando il catalizzatore CunOx SNP non veniva utilizzato, non si formava alcun prodotto.Il catalizzatore con gli SNP CunOx più piccoli, Cu12Ox, ha avuto le migliori prestazioni catalitiche e si è rivelato il più duraturo.

Come spiega Tanabe, “il miglioramento della ionicità dei legami Cu-O con la diminuzione delle dimensioni degli SNP CunOx consente la loro migliore attività catalitica per le ossidazioni degli idrocarburi aromatici”.

La loro ricerca supporta la tesi secondo cui esiste un grande potenziale per l’utilizzo degli SNP di ossido di rame come catalizzatori nelle applicazioni industriali."Le prestazioni catalitiche e il meccanismo di questi SNP CunOx sintetizzati a dimensione controllata sarebbero migliori di quelli dei catalizzatori di metalli nobili, che sono attualmente più comunemente utilizzati nell'industria", afferma Yamamoto, suggerendo ciò che gli SNP CunOx possono ottenere in futuro.

Materiali forniti dal Tokyo Institute of Technology.Nota: il contenuto può essere modificato per stile e lunghezza.

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