מדענים במכון הטכנולוגי של טוקיו הראו שחלקיקי תחמוצת נחושת בקנה מידה תת-ננוטי הם זרזים חזקים יותר מאלה בקנה מידה ננו.תת-ננו-חלקיקים אלה יכולים גם לזרז את תגובות החמצון של פחמימנים ארומטיים בצורה יעילה הרבה יותר מאשר זרזים המשמשים כיום בתעשייה.מחקר זה סולל את הדרך לניצול טוב ויעיל יותר של פחמימנים ארומטיים, שהם חומרים חשובים הן למחקר והן לתעשייה.

החמצון הסלקטיבי של פחמימנים חשוב בתגובות כימיות רבות ובתהליכים תעשייתיים, וככזה, מדענים חיפשו דרכים יעילות יותר לבצע חמצון זה.ננו-חלקיקים של תחמוצת נחושת (CunOx) נמצאו שימושיים כזרז לעיבוד פחמימנים ארומטיים, אך החיפוש אחר תרכובות יעילות עוד יותר נמשך.

בעבר הקרוב, מדענים יישמו זרזים מבוססי מתכת אצילה המורכבים מחלקיקים ברמת תת-ננו.ברמה זו, חלקיקים מודדים פחות מננומטר וכאשר הם מונחים על מצעים מתאימים, הם יכולים להציע שטחי פנים גבוהים אפילו יותר מאשר זרזים של ננו-חלקיקים כדי לקדם תגובתיות.

במגמה זו, צוות של מדענים כולל פרופ' קימיהיסה יאמאמוטו וד"ר מאקוטו טאנבה מהמכון הטכנולוגי של טוקיו (טוקיו טק) חקר תגובות כימיות המזרזות על ידי חלקיקי תת-ננו של CunOx (SNPs) כדי להעריך את הביצועים שלהם בחמצון פחמימנים ארומטיים.CunOx SNPs בשלושה גדלים ספציפיים (עם 12, 28 ו-60 אטומי נחושת) הופקו בתוך מסגרות דמויות עץ הנקראות דנדרמרים.נתמכים על מצע זירקוניה, הם יושמו לחמצון אירובי של תרכובת אורגנית עם טבעת בנזן ארומטית.

ספקטרוסקופיה של פוטואלקטרון רנטגן (XPS) וספקטרוסקופיה אינפרא אדום (IR) שימשו לניתוח מבני ה-SNP המסונתזים, והתוצאות נתמכו על ידי חישובי תיאוריית פונקציונליות הצפיפות (DFT).

ניתוח XPS וחישובי DFT חשפו את היוניות הגוברת של קשרי הנחושת-חמצן (Cu-O) ככל שגודל ה-SNP ירד.קיטוב הקשר הזה היה גדול יותר מזה שנראה בקשרי Cu-O בתפזורת, והקיטוב הגדול יותר היה הגורם לפעילות קטליטית משופרת של ה-CunOx SNPs.

Tanabe וחברי הצוות הבחינו שה-CunOx SNPs האיץ את החמצון של קבוצות CH3 המחוברות לטבעת הארומטית, ובכך הוביל להיווצרות מוצרים.כאשר לא נעשה שימוש בזרז CunOx SNP, לא נוצרו מוצרים.לזרז עם ה-CunOx SNPs הקטנים ביותר, Cu12Ox, היה הביצועים הקטליטיים הטובים ביותר והוכיח את עצמו כעמיד ביותר.

כפי שמסביר טנאבה, "השיפור של היוניות של קשרי Cu-O עם ירידה בגודל של ה-CunOx SNPs מאפשרת פעילות קטליטית טובה יותר שלהם לחמצון פחמימנים ארומטיים."

המחקר שלהם תומך בטענה שיש פוטנציאל גדול לשימוש ב-SNP של תחמוצת נחושת כזרזים ביישומים תעשייתיים."הביצועים והמנגנון הקטליטי של ה-CunOx SNP המסונתזים המבוקרים האלה יהיו טובים יותר מאלו של זרזי מתכת אצילה, שנמצאים בשימוש הנפוץ ביותר בתעשייה כיום", אומר יאמאמוטו, ורמז למה ש-CunOx SNPs יכולים להשיג בעתיד.

חומרים מסופקים על ידי המכון הטכנולוגי של טוקיו.הערה: ניתן לערוך את התוכן לפי הסגנון והאורך.

קבל את החדשות המדעיות האחרונות עם עלוני הדוא"ל החינמיים של ScienceDaily, המתעדכנים מדי יום ושבועי.או הצג עדכוני חדשות מעודכנים לפי שעה בקורא ה-RSS שלך:

ספר לנו מה אתה חושב על ScienceDaily - נשמח לקבל הערות חיוביות ושליליות כאחד.יש לכם בעיות בשימוש באתר?שאלות?