Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Tokyo đã chỉ ra rằng các hạt oxit đồng ở cấp độ nano phụ là chất xúc tác mạnh hơn các hạt ở cấp độ nano.Các hạt nano này cũng có thể xúc tác cho các phản ứng oxy hóa hydrocacbon thơm hiệu quả hơn nhiều so với các chất xúc tác hiện đang được sử dụng trong công nghiệp.Nghiên cứu này mở đường cho việc sử dụng tốt hơn và hiệu quả hơn các hydrocacbon thơm, vốn là nguyên liệu quan trọng cho cả nghiên cứu và công nghiệp.

Quá trình oxy hóa chọn lọc hydrocarbon rất quan trọng trong nhiều phản ứng hóa học và quy trình công nghiệp, do đó, các nhà khoa học đang tìm kiếm những cách hiệu quả hơn để thực hiện quá trình oxy hóa này.Các hạt nano oxit đồng (CunOx) đã được chứng minh là hữu ích như một chất xúc tác để xử lý hydrocarbon thơm, nhưng việc tìm kiếm các hợp chất hiệu quả hơn vẫn tiếp tục.

Trong thời gian gần đây, các nhà khoa học đã áp dụng chất xúc tác dựa trên kim loại quý bao gồm các hạt ở cấp độ nano phụ.Ở cấp độ này, các hạt có kích thước nhỏ hơn một nanomet và khi được đặt trên các chất nền thích hợp, chúng có thể mang lại diện tích bề mặt cao hơn so với các chất xúc tác hạt nano để thúc đẩy khả năng phản ứng.

Theo xu hướng này, một nhóm các nhà khoa học bao gồm Giáo sư Kimihisa Yamamoto và Tiến sĩ Makoto Tanabe từ Viện Công nghệ Tokyo (Tokyo Tech) đã nghiên cứu các phản ứng hóa học được xúc tác bởi các hạt nano CunOx (SNP) để đánh giá hiệu suất của chúng trong quá trình oxy hóa hydrocarbon thơm.CunOx SNP có ba kích thước cụ thể (với 12, 28 và 60 nguyên tử đồng) được tạo ra trong các khung dạng cây gọi là dendrimer.Được hỗ trợ trên chất nền zirconia, chúng được áp dụng cho quá trình oxy hóa hiếu khí của một hợp chất hữu cơ có vòng benzen thơm.

Quang phổ quang điện tử tia X (XPS) và quang phổ hồng ngoại (IR) đã được sử dụng để phân tích cấu trúc của SNP tổng hợp và kết quả được hỗ trợ bằng tính toán lý thuyết chức năng mật độ (DFT).

Phân tích XPS và tính toán DFT cho thấy độ ion ngày càng tăng của liên kết đồng-oxy (Cu-O) khi kích thước SNP giảm.Độ phân cực liên kết này lớn hơn độ phân cực được thấy trong các liên kết Cu-O số lượng lớn và độ phân cực lớn hơn là nguyên nhân làm tăng hoạt tính xúc tác của CunOx SNP.

Tanabe và các thành viên trong nhóm quan sát thấy rằng CunOx SNP đã đẩy nhanh quá trình oxy hóa các nhóm CH3 gắn vào vòng thơm, từ đó dẫn đến sự hình thành sản phẩm.Khi không sử dụng chất xúc tác CunOx SNP thì không có sản phẩm nào được hình thành.Chất xúc tác có CunOx SNP nhỏ nhất, Cu12Ox, có hiệu suất xúc tác tốt nhất và được chứng minh là có thời gian tồn tại lâu nhất.

Như Tanabe giải thích, “việc tăng cường tính ion của liên kết Cu-O khi kích thước của CunOx SNP giảm đi cho phép chúng hoạt động xúc tác tốt hơn cho quá trình oxy hóa hydrocarbon thơm”.

Nghiên cứu của họ ủng hộ quan điểm cho rằng có tiềm năng lớn trong việc sử dụng SNP oxit đồng làm chất xúc tác trong các ứng dụng công nghiệp.Yamamoto cho biết: “Hiệu suất và cơ chế xúc tác của các SNP CunOx tổng hợp được kiểm soát kích thước này sẽ tốt hơn so với các chất xúc tác kim loại quý, loại được sử dụng phổ biến nhất trong công nghiệp hiện nay”, gợi ý về những gì CunOx SNP có thể đạt được trong tương lai.

Tài liệu được cung cấp bởi Viện Công nghệ Tokyo.Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về phong cách và độ dài.

Nhận tin tức khoa học mới nhất với bản tin email miễn phí của ScienceDaily, được cập nhật hàng ngày và hàng tuần.Hoặc xem các nguồn cấp tin tức được cập nhật hàng giờ trong trình đọc RSS của bạn:

Hãy cho chúng tôi biết suy nghĩ của bạn về ScienceDaily - chúng tôi hoan nghênh cả những nhận xét tích cực và tiêu cực.Có vấn đề gì khi sử dụng trang này không?Câu hỏi?