Kemiker udvikler æglignende nanoreaktorer fra titandioxid og grafen

En RUDN-kemiker har udviklet en ny metode til syntetisering af nanopartikler af "æggeblomme" på basis af titandioxid og grafen. Den komplekse struktur af de nye partikler tillod forskerne at udføre en selektiv oxidation til aldehydproduktion i mange timer uden dannelse af nogen biprodukter. Undersøgelsen blev offentliggjort i Anvendt katalyse B:Miljø .

Denne reaktionstype bruges til fremstilling af aldehyder - kemiske forbindelser, der anvendes til fremstilling af mange medicinske lægemidler og vitaminer. Som regel, aldehyder opnås fra aromatiske alkoholer ved hjælp af ofte giftige metaloxider ved høje temperaturer. Fotokatalytiske reaktioner er mere miljøvenlige, men ikke selektive nok-de aldehyder, der produceres ved processen, begynder også at oxideres, også, og der dannes mange biprodukter. RUDN -kemikere formåede at løse dette problem ved at bruge nanokatalysatorer med en usædvanlig struktur.

Partiklerne af denne type har et hul mellem deres kerne ("æggeblommen") og den ydre skal. Kemikerne syntetiserede denne slags strukturer ud fra titandioxid, der er kendt for sine fotokatalytiske egenskaber, og derefter tilsat grafen til overfladen af ​​skallen. Den flade overflade og optiske egenskaber af dette todimensionale materiale forbedrer titandioxidens katalytiske aktivitet på forskellige måder. De tillader reagenser som aromatiske alkoholer let at infiltrere partiklerne, udvide lysspektret, der absorberes af hver partikel, og forbedre ladningsoverførsel i materialet. Reaktionen mellem titandioxid og dets grafenkappe giver yderligere egenskaber ved den nye katalysator.

Bindingen mellem titandioxid og grafen i forsøget blev tilvejebragt af nitrogenholdige forbindelser (aminer). Nanopartikler viste høj selektivitet:Nittenoghalvfems procent af aromatiske alkoholer i disse reaktioner blev til aldehyder, og dette produktivitetsniveau forblev i 12 timers reaktion. Der dannes ingen biprodukter under reaktionen under påvirkning af synligt lys, dvs. ingen peroxidering fandt sted.

RUDN -kemikerne mener, at dette skyldes egenskaberne ved nanostrukturer, der stort set er nanoreaktorer. Lyset trænger ind i strukturen og reflekteres og spredes i dem, hvilket påvirker molekylerne af organiske reagenser, der er akkumuleret mellem "skallen" og "æggeblommen". Aldehyder opnået i løbet af en sådan reaktion er relativt hydrofobe, mens "æggeblommen" fra titandioxid er hydrofil. Sådanne stoffer vender tilbage, og derfor er aldehyderne hurtige til at forlade nanoreaktoren. Derfor er der ingen overoxidation.

"Dette er en anden del af vores undersøgelser af design af avanceret fotokatalytisk nanomaterialeforskning, "siger Rafael Luque, direktør for Center for Molekylært Design og Syntese af innovative forbindelser til medicin, og en gæsteforsker ved RUDN. "Nanostrukturer viste fremragende fotokatalytisk aktivitet, men endnu vigtigere, aldehydet blev stadig opnået som et enkelt oxidationsprodukt efter 12 timer efter dets start, temmelig hidtil uset i litteraturen. Materialerne var også yderst stabile og genanvendelige. Lige nu studerer vi deres nye ejendomme, herunder evnen til at nedbryde forurenende stoffer under synligt lys. "