Kemiker skaber nanoreaktorer til at syntetisere organiske stoffer under synligt lys

En RUDN -kemiker har udviklet nye fotokatalysatorer bestående af nanostrukturer fra titandioxid. Hule nanokuber med ultratynde vægge fungerer som nanoreaktorer og giver 28 gange mere effektive organiske reaktioner ved stuetemperatur under påvirkning af synligt lys. Resultaterne offentliggøres i Anvendt katalyse B:Miljø .

Traditionelle fremstillingsmetoder, gødning, pesticider, tilsætningsstoffer til fødevarer, og andre nyttige produkter fra organiske stoffer kræver højt tryk og temperaturniveauer. Fotokatalyse er en yderst effektiv proces til kemisk produktion. Fotokatalysatorer fremskynder organiske reaktioner under påvirkning af lys under omgivende forhold uden at øge temperaturen eller trykket.

Titandioxid betragtes som en potentiel katalysator. Imidlertid, dets katalytiske aktivitet aktiveres kun i UV -lys, som kun omfatter 5 procent af sollyset. Når den er formet som hule nanostrukturer, titandioxid bliver mere aktiv som katalysator. Rafael Luque, direktøren for Center for Molekylært Design og Syntese af innovative forbindelser til medicin og kollegaer fra Iran beskriver en ny type struktur med høj fotokatalytisk aktivitet:sorte hule nanokuber lavet af titandioxid (BHC-TiO ₂ ).

Udviklingen af ​​de nye nanostrukturer tog næsten to år. Proceduren består af fire trin. Først, kemikerne forbereder nanokuber lavet af hæmatit og dækker dem med titandioxid. Derefter, indersiden af ​​terningerne vaskes ud ved hjælp af en opløsning af saltsyre, efterlader kun den tynde titandioxidskal. Dette opvarmes til 550 ° C i en hydrogen-argonatmosfære. Efter det, prøverne bliver til sorte hule nanokuber. Hele processen tager to til tre dage.

"De største fordele ved vores strukturer er, at de er lette at oprette, holdbar, og kan bruges til forskellige formål. BHC-TiO ₂ kan bruges som fotokatalysator til vandrensning for at fremskynde nedbrydning af forurenende stoffer, samt til omdannelse af biomasse. I øjeblikket, vi studerer anvendelsen af ​​fotokatalysatorer i produktionen af ​​organiske stoffer, "sagde Luque.

I et forsøg med benzimidazolsyntese, forskerne kontrollerede den katalytiske aktivitet af flere typer nanokuber - faste dem fremstillet af titandioxid, hule, og bagt sort hul BHC-TiO ₂ dem. Nogle prøver blev udsat for synligt lys fra en almindelig halogen lampe, og nogle - til UV -stråling. Derivaterne af dette stof er i høj efterspørgsel i medicinalindustrien

BHC-TiO ₂ partikler viste høj katalytisk aktivitet under begge eksponeringstyper. 86 % af det oprindelige stof blev behandlet under påvirkning af synligt lys, hvilket er 28 gange mere end i forsøget med ét stykke (ikke hule) titandioxidterninger. Kemikerne mener, at denne aktivitet skyldes den strukturelle hulhed, stort overfladeareal, og porøse ultratynde vægge. Alle disse egenskaber får nanokuber til at fungere som nanoreaktorer, dvs. reflektere og sprede lys og let absorbere organiske stoffer, skabe et medium til effektive reaktioner inde i terningerne. Ti ₃₊ ioner dannet på overfladen af ​​nanokuber i løbet af bagning spiller også en vigtig rolle. RUDN -forskere mener, at de letter elektronoverførsel, så hele strukturen absorberer synligt lys (og ikke kun UV -lyset som rent titandioxid).

Eksperimenterne viste en høj holdbarhed af nanoreaktorerne - selv efter den sjette brug, strukturerne beholdt deres form og næsten alle Ti ₃₊ ioner på deres overflade. Derfor, BHC-TiO ₂ kan bruges til at udføre mindst 7 organiske reaktioner uden tab af deres katalytiske aktivitet.