Um químico RUDN desenvolveu um novo método para sintetizar nanopartículas de "casca de gema" com base em dióxido de titânio e grafeno. A complexa estrutura das novas partículas permitiu aos cientistas realizar uma oxidação seletiva para a produção de aldeído por muitas horas, sem a formação de nenhum subproduto. A pesquisa foi publicada em Catálise B aplicada:Ambiental .

Esse tipo de reação é usado para produzir aldeídos - compostos químicos usados ​​na fabricação de muitos medicamentos e vitaminas. Como uma regra, os aldeídos são obtidos a partir de álcoois aromáticos com a ajuda de óxidos metálicos muitas vezes tóxicos em altas temperaturas. As reações fotocatalíticas são mais ecológicas, mas não seletivas o suficiente - os aldeídos produzidos pelo processo também começarão a oxidar, também, e numerosos subprodutos são formados. Os químicos da RUDN conseguiram resolver esse problema usando nanocatalisadores com uma estrutura incomum.

As partículas desse tipo têm uma lacuna entre seu núcleo (a "gema") e a casca externa. Os químicos sintetizaram estruturas desse tipo a partir do dióxido de titânio, que é reconhecido por suas propriedades fotocatalíticas, e, em seguida, adicionado grafeno à superfície da concha. A superfície plana e as propriedades ópticas deste material bidimensional aumentam a atividade catalítica do dióxido de titânio de várias maneiras. Eles permitem que reagentes, como álcoois aromáticos, se infiltrem facilmente nas partículas, ampliam o espectro de luz absorvida por cada partícula, e melhorar a transferência de carga no material. A reação entre o dióxido de titânio e seu envelope de grafeno fornece propriedades adicionais do novo catalisador.

A ligação entre o dióxido de titânio e o grafeno no experimento foi fornecida por compostos contendo nitrogênio (aminas). As nanopartículas mostraram alta seletividade:noventa e nove por cento dos álcoois aromáticos nessas reações se transformaram em aldeídos, e esse nível de produtividade permaneceu por 12 horas de reação. Nenhum subproduto formado no curso da reação sob a influência da luz visível, ou seja, nenhuma peroxidação ocorreu.

Os químicos da RUDN acreditam que isso se deve às propriedades das nanoestruturas, que são praticamente nanorreatores. A luz penetra na estrutura e é refletida e espalhada dentro dela influenciando as moléculas de reagentes orgânicos acumulados entre a “casca” e a “gema”. Os aldeídos obtidos no decurso de tal reação são relativamente hidrofóbicos, enquanto a "gema" do dióxido de titânio é hidrofílica. Essas substâncias repercutem, e, portanto, os aldeídos são rápidos para deixar o nanorreator. É por isso que não há superoxidação.

"Esta é outra parte de nossos estudos sobre o design de pesquisas avançadas de nanomateriais fotocatalíticos, "diz Rafael Luque, diretor do Centro de Design Molecular e Síntese de Compostos Inovadores para Medicina, e um professor visitante na RUDN. "As nanoestruturas mostraram excelente atividade fotocatalítica, mas mais importante, o aldeído ainda foi obtido como produto de oxidação único após 12 horas após o seu início, bastante sem precedentes na literatura. Os materiais também eram altamente estáveis ​​e reutilizáveis. No momento, estamos estudando suas novas propriedades, incluindo a capacidade de desintegrar poluentes sob a luz visível. "