ساخت نانوکاتالیست برای اکسیداسیون هیدروکربن‌ها

اکسیداسیون هیدروکربن‌های آروماتیک برای بسیاری از فرآیندها اهمیت دارد و در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای اکسیداسیون ترکیبات هیدروکربن آروماتیک نیاز به استفاده از حلال‌ها و انرژی زیاد و البته خطرناک برای محیط زیست است. در این میان یافتن فرآیند اکسیداسیون عاری از حلال، مورد توجه محققان بوده و از این‌رو پژوهشگران روی استفاده از واکنش‌دهنده‌های نانومقیاس کار می‌کنند.

از سوی دیگر ذرات همگرا در مقیاس زیر نانومتر (کاتالیست‌های با ابعاد کمتر از یک نانومتر یا SNC) از جنس مواد فلزی کارایی نداشته و فعالیت آن‌ها در نور جالب توجه نیست. نوع حالت الکترونیکی و ویژگی‌های سطحی این ذرات روی اکسیداسیون هیدروکربن‌ها اثر داشته و کارایی اکسیداسیون را کاهش می‌دهند.

محققان مؤسسه‌ی توکیوتک موفق به ساخت انواع مختلفی از SNC با استفاده از دندریمر شدند که ساختار مولکولی درختی شکل دارد. این ساختار دندریمر به‌عنوان الگو برای تولید کاتالیست دلخواه مورد استفاده قرار گرفته‌است. ذرات فلزی با ابعاد زیر یک نانومتر برای تولید کاتالیست بسیار مؤثر بوده و امکان اکسیداسیون هیدروکربن‌ها را با اثربخشی بالا فراهم می‌کنند. این کاتالیست‌ها می‌توانند از نانوکاتالیست‌های سرب/طلا 50 برابر بیشتر کارایی داشته باشند.

نانوکاتالیست‌های بزرگتر و SNCهای اکسوفیل روی سطح اکسید می‌شوند که این امر موجب کاهش فعالیت کاتالیستی آن‌ها شده و در نهایت اکسیداسیون هیدروکربن‌ها با کارایی کمتری انجام می‌شود. در حالی که SNCهای با اکسوفیلی کمتر موجب افزایش کارایی کاتالیست شده و امکان استفاده‌ی مجدد از کاتالیست را فراهم می‌کنند.

دانشمندان کاتالیست‌هایی با ابعاد مختلف ساختند که در آن‌ها تعداد اتم‌های هر مولکول مختلف بود. آن‌ها از فلزات بی‌اثر برای ساخت این کاتالیست‌های SNC استفاده کرده و دریافتند که با کاهش ابعاد SNCها، کارایی بهبود یافته و فلزات با اکسوفیلی کمتر نظیر پلاتین، ارجح‌تر هستند.

نتایج این پروژه در نشریه‌ی Angewandte Chemie International Edition به چاپ رسیده‌است.