Metalliske nanopartikler lyser op en anden vej mod miljøvenlige katalysatorer

Forskere ved Tokyo Institute of Technology producerede metalliske partikler i subnano-størrelse, der er så meget som 50 gange mere effektive end velkendte Au-Pd bimetalliske nanokatalysatorer.

Oxidationen af ​​aromatiske kulbrinter er kritisk vigtig for at producere en lang række nyttige organiske forbindelser. Disse oxidationsprocesser kræver anvendelse af katalysatorer og opløsningsmidler, som normalt er miljøfarlige. Dermed, at finde en opløsningsmiddelfri oxidationsproces ved hjælp af katalytiske partikler i nanostørrelse har tiltrukket sig stor opmærksomhed.

Interessant nok, katalytiske partikler i subnanoskala (subnanokatalysatorer, eller SNC'er) sammensat af ædelmetaller er endnu bedre til deres arbejde, fordi deres øgede overfladeareal og unikke elektroniske tilstand resulterer i gunstige effekter for oxiderende kulbrinter og også forhindrer dem i at blive oxideret selv. Dette gør dem omkostningseffektive, fordi mængden af ​​metal, der kræves til SNC'er, er lavere end for katalysatorer i nanostørrelse.

Et team inklusive Dr. Miftakhul Huda, Keigo Minamisawa, Dr. Takamasa Tsukamoto, og Dr. Makoto Tanabe ved Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), ledet af prof. Kimihisa Yamamoto, skabte flere typer SNC'er ved at bruge dendrimerer, som er trælignende sfæriske molekyler, der kan bruges som skabelon til at indeholde de ønskede katalysatorer. "Dendrimerer forventes at give interne nanorum, der kunne være egnede til katalytisk omdannelse i nærværelse af metalpartikler, " forklarer Yamamoto.

Holdet skabte katalysatorer af forskellige størrelser, afhængig af det anvendte ædelmetal og antallet af atomer i hver katalytisk partikel. De sammenlignede deres præstationer for at finde det bedste ædelmetal til fremstilling af SNC'er og udforskede derefter mekanismen bag deres høje katalytiske aktivitet. Mindre SNC'er viste sig at være bedre, mens mindre oxofile metaller (såsom platin) var overlegne. Holdet postulerede, at overfladen af ​​platin SNC'er ikke let oxiderer, hvilket gør dem genanvendelige. Pt19 SNC viste katalytisk ydeevne så høj som 50 gange mere effektiv end de almindelige Au-Pd nanokatalysatorer. Holdet vil fortsætte arbejdet med at kaste lys over disse katalytiske fænomener.

"Udviklingen af ​​en mere detaljeret mekanisme, herunder teoretiske overvejelser, er i øjeblikket i gang, " siger Tanabe. Anvendelsen af ​​sådanne katalysatorer kan i høj grad bidrage til at reducere forurening og forbedre vores effektive brug af Jordens metalressourcer.