นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งโตเกียวได้แสดงให้เห็นว่าอนุภาคคอปเปอร์ออกไซด์ในระดับนาโนเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทรงพลังมากกว่าอนุภาคในระดับนาโนอนุภาคขนาดนาโนเหล่านี้ยังสามารถกระตุ้นปฏิกิริยาออกซิเดชันของอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในอุตสาหกรรมในปัจจุบันการศึกษาครั้งนี้ปูทางไปสู่การใช้อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนได้ดีขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งเป็นวัสดุที่สำคัญสำหรับทั้งการวิจัยและอุตสาหกรรม

การออกซิเดชันแบบเลือกสรรของไฮโดรคาร์บอนมีความสำคัญในปฏิกิริยาเคมีและกระบวนการทางอุตสาหกรรมหลายชนิด และด้วยเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงมองหาวิธีที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการดำเนินการออกซิเดชันนี้พบว่าอนุภาคนาโนของคอปเปอร์ออกไซด์ (CunOx) มีประโยชน์ในฐานะตัวเร่งปฏิกิริยาในการแปรรูปอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน แต่การแสวงหาสารประกอบที่มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นยังคงดำเนินต่อไป

ในอดีตที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีโลหะมีตระกูลซึ่งประกอบด้วยอนุภาคที่ระดับต่ำกว่านาโนในระดับนี้ อนุภาคมีขนาดน้อยกว่านาโนเมตร และเมื่อวางบนพื้นผิวที่เหมาะสม อนุภาคเหล่านี้สามารถเสนอพื้นที่ผิวที่สูงกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาอนุภาคนาโนเพื่อส่งเสริมการเกิดปฏิกิริยา

ในแนวโน้มนี้ ทีมนักวิทยาศาสตร์รวมทั้ง Prof. Kimihisa Yamamoto และ Dr. Makoto Tanabe จากสถาบันเทคโนโลยีโตเกียว (Tokyo Tech) ได้ตรวจสอบปฏิกิริยาทางเคมีที่เร่งปฏิกิริยาโดยอนุภาคนาโน CunOx (SNPs) เพื่อประเมินประสิทธิภาพในการออกซิเดชันของอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนCunOx SNPs ในสามขนาดเฉพาะ (ที่มีอะตอมทองแดง 12, 28 และ 60 อะตอม) ถูกผลิตขึ้นภายในกรอบงานคล้ายต้นไม้ที่เรียกว่า dendrimersโดยรองรับบนพื้นผิวเซอร์โคเนีย และนำไปใช้กับปฏิกิริยาออกซิเดชันแบบแอโรบิกของสารประกอบอินทรีย์ด้วยวงแหวนอะโรมาติกเบนซีน

เอ็กซ์เรย์โฟโตอิเล็กตรอนสเปกโทรสโกปี (XPS) และอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี (IR) ถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์โครงสร้างของ SNP ที่สังเคราะห์ขึ้น และผลลัพธ์ได้รับการสนับสนุนโดยการคำนวณทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น (DFT)

การวิเคราะห์ XPS และการคำนวณ DFT เผยให้เห็นการเพิ่มขึ้นของไอออนิกของพันธะทองแดง-ออกซิเจน (Cu-O) เมื่อขนาด SNP ลดลงโพลาไรเซชันของพันธะนี้มากกว่าที่พบในพันธะ Cu-O จำนวนมาก และโพลาไรเซชันที่มากขึ้นเป็นสาเหตุของกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาที่เพิ่มขึ้นของ CunOx SNP

Tanabe และสมาชิกในทีมสังเกตว่า CunOx SNPs เร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของกลุ่ม CH3 ที่ติดอยู่กับวงแหวนอะโรมาติก ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของผลิตภัณฑ์เมื่อไม่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา CunOx SNP ก็ไม่มีผลิตภัณฑ์ใดเกิดขึ้นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มี CunOx SNP ที่เล็กที่สุดอย่าง Cu12Ox มีประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาที่ดีที่สุดและพิสูจน์แล้วว่ามีอายุการใช้งานยาวนานที่สุด

ดังที่ Tanabe อธิบาย "การเพิ่มความเป็นไอออนของพันธะ Cu-O ด้วยขนาดที่ลดลงของ CunOx SNP ช่วยให้สามารถเร่งปฏิกิริยาได้ดีขึ้นสำหรับการเกิดออกซิเดชันของอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน"

การวิจัยของพวกเขาสนับสนุนข้อโต้แย้งว่ามีศักยภาพสูงในการใช้ Copper Oxide SNPs เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการใช้งานทางอุตสาหกรรม“ประสิทธิภาพและกลไกการเร่งปฏิกิริยาของ CunOx SNPs สังเคราะห์ที่ควบคุมขนาดเหล่านี้จะดีกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะมีตระกูลซึ่งใช้กันมากที่สุดในอุตสาหกรรมในปัจจุบัน” Yamamoto กล่าว โดยบอกเป็นนัยถึงสิ่งที่ CunOx SNP สามารถบรรลุได้ในอนาคต

วัสดุจัดทำโดยสถาบันเทคโนโลยีแห่งโตเกียวหมายเหตุ: เนื้อหาอาจมีการแก้ไขรูปแบบและความยาว

รับข่าวสารวิทยาศาสตร์ล่าสุดด้วยจดหมายข่าวทางอีเมลฟรีของ ScienceDaily อัปเดตรายวันและรายสัปดาห์หรือดูฟีดข่าวที่อัปเดตทุกชั่วโมงในโปรแกรมอ่าน RSS ของคุณ:

บอกเราว่าคุณคิดอย่างไรกับ ScienceDaily เรายินดีรับความคิดเห็นทั้งเชิงบวกและเชิงลบมีปัญหาในการใช้งานเว็บไซต์หรือไม่?คำถาม?