Forskere ved Tokyo Institute of Technology har vist at kobberoksidpartikler på sub-nanoskala er kraftigere katalysatorer enn de på nanoskala.Disse subnanopartikler kan også katalysere oksidasjonsreaksjonene til aromatiske hydrokarboner langt mer effektivt enn katalysatorer som brukes i industrien.Denne studien legger til rette for bedre og mer effektiv utnyttelse av aromatiske hydrokarboner, som er viktige materialer for både forskning og industri.

Den selektive oksidasjonen av hydrokarboner er viktig i mange kjemiske reaksjoner og industrielle prosesser, og som sådan har forskere vært på utkikk etter mer effektive måter å utføre denne oksidasjonen på.Kobberoksid (CunOx) nanopartikler har blitt funnet nyttige som en katalysator for å behandle aromatiske hydrokarboner, men søken etter enda mer effektive forbindelser har fortsatt.

I den siste tiden brukte forskere edelmetallbaserte katalysatorer bestående av partikler på sub-nano-nivå.På dette nivået måler partikler mindre enn en nanometer, og når de plasseres på passende underlag, kan de tilby enda høyere overflatearealer enn nanopartikkelkatalysatorer for å fremme reaktivitet.

I denne trenden undersøkte et team av forskere inkludert Prof. Kimihisa Yamamoto og Dr. Makoto Tanabe fra Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) kjemiske reaksjoner katalysert av CunOx subnanopartikler (SNP) for å evaluere deres ytelse i oksidasjon av aromatiske hydrokarboner.CunOx SNP-er av tre spesifikke størrelser (med 12, 28 og 60 kobberatomer) ble produsert innenfor trelignende rammer kalt dendrimerer.Støttet på et zirkoniumoksidsubstrat ble de påført på aerob oksidasjon av en organisk forbindelse med en aromatisk benzenring.

Røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) og infrarød spektroskopi (IR) ble brukt til å analysere de syntetiserte SNP-strukturene, og resultatene ble støttet av beregninger av tetthetsfunksjonalitetsteori (DFT).

XPS-analysen og DFT-beregningene avslørte økende ionisitet av kobber-oksygen (Cu-O)-bindingene etter hvert som SNP-størrelsen ble redusert.Denne bindingspolarisasjonen var større enn den som ble sett i bulk Cu-O-bindinger, og den større polarisasjonen var årsaken til den forbedrede katalytiske aktiviteten til CunOx SNP-ene.

Tanabe og teammedlemmene observerte at CunOx SNP-ene fremskyndet oksidasjonen av CH3-gruppene festet til den aromatiske ringen, og derved førte til dannelsen av produkter.Når CunOx SNP-katalysatoren ikke ble brukt, ble det ikke dannet noen produkter.Katalysatoren med de minste CunOx SNP-ene, Cu12Ox, hadde den beste katalytiske ytelsen og viste seg å være den lengstvarende.

Som Tanabe forklarer, "forbedringen av ionisiteten til Cu-O-bindingene med reduksjon i størrelsen på CunOx SNP-ene muliggjør deres bedre katalytiske aktivitet for aromatiske hydrokarbonoksidasjoner."

Forskningen deres støtter påstanden om at det er et stort potensial for å bruke kobberoksid-SNP-er som katalysatorer i industrielle applikasjoner."Den katalytiske ytelsen og mekanismen til disse størrelseskontrollerte syntetiserte CunOx SNP-ene ville være bedre enn de til edelmetallkatalysatorer, som er mest brukt i industrien for tiden," sier Yamamoto, og antyder hva CunOx SNP-er kan oppnå i fremtiden.

Materialer levert av Tokyo Institute of Technology.Merk: Innhold kan redigeres for stil og lengde.

Få de siste vitenskapsnyhetene med ScienceDailys gratis nyhetsbrev på e-post, som oppdateres daglig og ukentlig.Eller se oppdaterte nyhetsfeeder hver time i RSS-leseren din:

Fortell oss hva du synes om ScienceDaily - vi tar gjerne imot både positive og negative kommentarer.Har du problemer med å bruke siden?Spørsmål?