Konstruktion af hule nanoreaktorer til forbedrede fotooxidationer

Oxidation af primære alkoholer til carboxylsyrer er af betydning i både organisk kemi og den kemiske industri, fordi oxidationsprodukterne kan bruges til at fremstille forskellige lægemidler og nyttige kemikalier. Den fotokatalytiske oxidationsproces er blevet betragtet som en bæredygtig teknologi til at opnå den selektive oxidation under omgivende forhold med bestråling fra sollys. At udvikle overlegne fotokatalysatorer med en bred vifte af lysabsorption og effektiv elektron-hul-separation, overflademodifikation med metal -nanopartikler, såsom Au og Pt, muliggør hurtig overførsel af fotoeksciterede elektroner til de overfladeaktive steder. Derfor, bimetalliske Au- og Pt-katalysatorer ville være ønskelige ved at kombinere fordelene ved både overfladeplasmonisk resonanseffekt på Au og aktiveringseffekten på Pt for yderligere at øge effektiviteten for katalytisk oxidation under bestråling med synligt lys.

Hule strukturerede materialer har vist et stort potentiale i en række forskellige anvendelser, herunder katalyse, frigivelse og levering af lægemidler, og energilagring og omdannelse. Højt specifikt overfladeareal og diskrete hulrum giver rigelige tilgængelige overfladesteder og immobilisering af reaktive centre for katalytiske reaktioner. Flere reaktantmolekyler kan adsorberes og beriges i den hule struktur for at fremskynde reaktioner. Imidlertid, det er fortsat en udfordring at udvikle en let og mild syntetisk metode til samtidig at skabe en effektiv hul fotokatalytisk nanoreaktor med ordnede porøse kanaler på skallen, velkontrolleret metalplacering, bredspektret udnyttelse og velkontrolleret masseoverførsel og diffusion.

I en ny forskningsartikel offentliggjort i Beijing-baserede National Science Review , forskere ved Dalian Institute of Chemical Physics, Det Kinesiske Videnskabsakademi, University of Surrey, University of Technology Sydney og University of Sydney demonstrerede en let syntese af hulstrukturerede fotokatalysatorer med kontrollerbar rumlig placering af aktive metaller, kemiske sammensætninger og tunbar skaltykkelse. Hule strukturer kan opnås gennem belægning af SiO ₂ på overfladen af ​​ZIF-8 og en efterfølgende hydrotermisk behandling. Dannelsesmekanismen for hule strukturer undersøges systematisk, og der foreslås en "klæbende-kontraktion"-model. AuPt@HMZS nanoreaktorer udviste et bredere absorbansområde under synligt lys og fremragende katalytisk aktivitet i cinnamylalkoholoxidation til kanelsyre med 99% selektivitet.

AuPt@HMZS nanoreaktorer har følgende fordele:i) Bredere absorbansområde under synligt lys; ii) Multipel lysspredning kan genereres i et hult hulrum for at forbedre lyshøstprocessen, og varme genereret af den fototermiske effekt opsamles; iii) De ensartede kanaler er fremragende til at lette reaktantdiffusionen og masseoverførslen; iv) En synergetisk effekt blandt plasmonisk varmelektronindsprøjtning og elektronfangning forbedrer udnyttelse af solenergi og adskillelse af elektronhuller af fotokatalysatorer; v) De stærke metal-metal-interaktioner ved legeringsgrænsefladen justerer reaktionsydelsen.

"Den foreslåede strategi for at bygge hule strukturer som multifunktionelle mikro/nanoreaktorer er lovende for design af højtydende og bæredygtige katalysatorer til kemisk syntese, " Prof. Jian Liu sagde. "Det er en fantastisk teknologi til konstruktion af mikro/nanoreaktorer med præcis rumlig placering af aktive steder, "Tilføjede Prof. Jun Huang.