As nanoarquiteturas BHC-TiO2 exibiram excelente desempenho fotocatalítico sob luz visível na preparação de derivados de benzimidazol. Crédito:Allen Dressen
Um químico RUDN desenvolveu novos fotocatalisadores que consistem em nanoestruturas de dióxido de titânio. Nanocubos ocos com paredes ultrafinas agem como nanorreatores e fornecem reações orgânicas 28 vezes mais eficazes à temperatura ambiente sob a influência da luz visível. Os resultados são publicados em Catálise B aplicada:Ambiental .
Métodos tradicionais de fabricação de produtos farmacêuticos, fertilizantes, pesticidas, aditivos alimentares, e outros produtos úteis de substâncias orgânicas requerem altos níveis de pressão e temperatura. A fotocatálise é um processo altamente eficiente para a produção de produtos químicos. Os fotocatalisadores aceleram as reações orgânicas sob a influência da luz em condições ambientais sem aumentar a temperatura ou pressão.
O dióxido de titânio é considerado um catalisador potencial. Contudo, sua atividade catalítica é ativada apenas na luz ultravioleta, que compreende apenas 5 por cento da luz solar. Quando em forma de nanoestruturas ocas, o dióxido de titânio torna-se mais ativo como catalisador. Rafael Luque, o diretor do Centro de Design Molecular e Síntese de Compostos Inovadores para Medicina e colegas do Irã descrevem um novo tipo de estrutura com alta atividade fotocatalítica:nanocubos ocos pretos feitos de dióxido de titânio (BHC-TiO 2 )
O desenvolvimento das novas nanoestruturas demorou quase dois anos. O procedimento consiste em quatro etapas. Primeiro, os químicos preparam nanocubos feitos de hematita e os cobrem com dióxido de titânio. Então, o interior dos cubos é lavado com uma solução de ácido clorídrico, deixando apenas a fina casca de dióxido de titânio. Este é aquecido a 550 ° C em uma atmosfera de hidrogênio-argônio. Depois disso, as amostras se transformam em nanocubos ocos pretos. Todo o processo leva de dois a três dias.
"As principais vantagens de nossas estruturas são a facilidade de construção, durável, e pode ser usado para finalidades diferentes. BHC-TiO 2 pode ser usado como fotocatalisador para purificação de água para acelerar a decomposição de poluentes, bem como para conversão de biomassa. Atualmente, estamos estudando a aplicação de fotocatalisadores na produção de substâncias orgânicas, "disse Luque.
Em um experimento envolvendo a síntese de benzimidazol, os pesquisadores verificaram a atividade catalítica de vários tipos de nanocubos - os sólidos feitos de dióxido de titânio, os ocos, e BHC-TiO oco preto cozido 2 uns. Algumas amostras foram expostas à luz visível de uma lâmpada halogênica regular, e alguns - à radiação ultravioleta. Os derivados dessa substância são muito procurados na indústria farmacêutica
BHC-TiO 2 as partículas apresentaram alta atividade catalítica em ambos os tipos de exposição. Oitenta e seis por cento da substância inicial foi processada sob a influência da luz visível, que é 28 vezes mais do que no experimento com cubos de dióxido de titânio de uma peça (não ocos). Os químicos acreditam que essa atividade se deve ao vazio estrutural, grande área de superfície, e paredes ultrafinas porosas. Todas essas propriedades fazem os nanocubos funcionarem como nanorreatores, ou seja, refletem e dispersam a luz e absorvem facilmente substâncias orgânicas, criando um meio para reações eficazes dentro dos cubos. Ti 3+ íons formados na superfície dos nanocubos durante o cozimento também desempenham um papel importante. Os cientistas da RUDN acreditam que eles facilitam a transferência de elétrons, fazendo com que toda a estrutura absorva a luz visível (e não apenas a luz ultravioleta como o dióxido de titânio puro).
Os experimentos provaram uma alta durabilidade dos nanorreatores - mesmo após o sexto uso, as estruturas mantiveram sua forma e quase todos os Ti 3+ íons em sua superfície. Portanto, BHC-TiO 2 pode ser usado para realizar pelo menos 7 reações orgânicas sem qualquer perda em sua atividade catalítica.
