Forskere skaber en-nanometer trimetalliske legeringspartikler

De vigtigste bestanddele af olie og naturgas er kulbrinter og blandinger deraf, uundværlige som ressourcer, der understøtter moderne infrastruktur som råmateriale til den petrokemiske industri. En teknik, der konventionelt bruges til at skabe gavnlige kemiske produkter ud fra kulbrinter, er at bruge en stor mængde metalperoxider i farlige organiske opløsningsmidler til at oxidere kulbrinteforbindelser.

For at bruge ressourcer effektivt og reducere miljøpåvirkningen, ren katalytisk oxidation uden opløsningsmidler ved hjælp af ilten i luften har været et populært forskningsemne i de senere år. Forskning af ædelmetal -nanopartikler understøttet af porøse kulstofmaterialer eller metaloxider er særlig udbredt, og de betragtes som lovende katalysatorer. Vitale elementer, der bestemmer reaktiviteten af ​​sådanne heterogene katalysatorer, er formen, størrelse, og metallisk sammensætning af de metalliske nanopartikler. Partikler mindre end 2 nm er vigtige for nye højtydende katalysatorer, da reduktion af katalysatorpartikelens diameter ikke kun øger overfladearealforholdet, men i høj grad ændrer elektronernes tilstand på overfladen af ​​metaller, til gengæld i høj grad ændrer reaktiviteten. Imidlertid, at finde en metode til at syntetisere disse små metalliske nanopartikler og samtidig kontrollere både diameteren og sammensætningen er udfordrende.

Oversigt

Forskergruppen ledet af Kimihisa Yamamoto fra Tokyo Institute of Technology udviklede en metode til at syntetisere mikroskopiske legeringsnanopartikler ved hjælp af forgrenede molekylære dendrimerer udviklet i Yamamoto Atom Hybrid Project på ERATO-programmet. Molekyler kaldet dendrimerer har en regulær forgreningsstruktur med kun én bestemt molekylvægt, selvom de er klassificeret som makromolekyler. Forskergruppen implementerede mange koordinationssteder til dannelse af metalioner og -komplekser. Ved at bruge en dendrimer med sådanne koordineringssteder som en skabelon for nanopartiklen, gruppen var i stand til at syntetisere en nanopartikel med et kontrolleret antal atomer.

Yderligere, de vurderede aktiviteten af ​​denne legerede nanopartikel som en oxidationskatalysator for kulbrinter under almindeligt tryk, når der blev brugt oxygen i luften som oxidationsmiddel. De fandt, at dens aktivitet var 24 gange større end den af ​​kommercielt tilgængelige katalysatorer til oxidation af organiske forbindelser. De fandt også, at ved at tilsætte en katalytisk mængde organisk hydroperoxid, denne katalysator fremmer oxidationen af ​​kulbrinte til aldehyder og ketoner under almindelige temperaturer og tryk. Yderligere, ved at sammenligne ændringerne i aktivitet på grund af legeringskatalysatorer af forskellige metalliske sammensætninger og undersøge sammensætningen og andre karakteristika af mellemprodukterne, ketoner og organiske hydroperoxider, gruppen var i stand til at observere processen med reaktionsfremme på grund af legering af katalysatoren.

Fremtidig udvikling

Den viden opnået fra denne forskning kan bidrage til designretningslinjer for nye højtydende katalysatorer. Metoden til at syntetisere legerede nanopartikler udviklet i denne forskning kan bruges generelt og anvendes på andre metaller. Af denne grund, dette kunne være teknologien, der afslører reaktiviteten af ​​andre mikroskopiske legeringsnanopartikler. Yderligere undersøgelse er påkrævet af stigningen i katalytisk aktivitet ved grænsefladen mellem kobber og andre ædelmetaller i de oxiderende omdannelser af andre organiske forbindelser, ikke kun oxidation af kulbrinter. Ansøgning forventes til næste generations højtydende materialer på så forskellige områder som optik, elektronik, og energi.