p Cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio demonstraram que as partículas de óxido de cobre na sub-nanoescala são catalisadores mais poderosos do que as da nanoescala. Essas subnanopartículas também podem catalisar as reações de oxidação de hidrocarbonetos aromáticos com muito mais eficácia do que os catalisadores usados ​​atualmente na indústria. Este estudo abre caminho para uma utilização melhor e mais eficiente de hidrocarbonetos aromáticos, que são materiais importantes tanto para a pesquisa quanto para a indústria. p A oxidação seletiva de hidrocarbonetos é importante em muitas reações químicas e processos industriais, e como tal, os cientistas estão em busca de maneiras mais eficientes de realizar essa oxidação. Óxido de cobre (CunO _x ) nanopartículas foram consideradas úteis como um catalisador para o processamento de hidrocarbonetos aromáticos, mas a busca por compostos ainda mais eficazes continuou.

p No passado recente, os cientistas aplicaram catalisadores à base de metais nobres compostos de partículas no nível sub-nano. Neste nível, as partículas medem menos de um nanômetro e quando colocadas em substratos apropriados, eles podem oferecer áreas de superfície ainda maiores do que os catalisadores de nanopartículas para promover a reatividade (Fig. 1).

p Nesta tendência, uma equipe de cientistas, incluindo o Prof. Kimihisa Yamamoto e o Dr. Makoto Tanabe do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech), investigou as reações químicas catalisadas pelo CunO _x subnanopartículas (SNPs) para avaliar seu desempenho na oxidação de hidrocarbonetos aromáticos. CunO _x SNPs de três tamanhos específicos (com 12, 28, e 60 átomos de cobre) foram produzidos dentro de estruturas semelhantes a árvores chamadas dendrímeros (Fig. 2). Com suporte em um substrato de zircônia, eles foram aplicados à oxidação aeróbia de um composto orgânico com um anel de benzeno aromático.

p A espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS) e a espectroscopia de infravermelho (IR) foram utilizadas para analisar as estruturas dos SNPs sintetizados, e os resultados foram suportados por cálculos da teoria da funcionalidade da densidade (DFT).

p A análise XPS e cálculos DFT revelaram aumento da ionicidade das ligações cobre-oxigênio (Cu-O) conforme o tamanho do SNP diminuiu. A polarização da ligação foi maior do que a observada nas ligações Cu-O em massa, e a maior polarização foi a causa do aumento da atividade catalítica do CunO _x SNPs.

p Tanabe e os membros da equipe observaram que o CunO _x SNPs aceleraram a oxidação do CH ₃ grupos ligados ao anel aromático, levando assim à formação de produtos. Quando o CunO _x O catalisador SNP não foi usado, nenhum produto foi formado. O catalisador com o menor CunO _x SNPs, Cu ₁₂ Boi, teve o melhor desempenho catalítico e provou ser o mais duradouro.

p Como Tanabe explica, "o aumento da ionicidade das ligações Cu-O com a diminuição do tamanho do CunO _x SNPs permite sua melhor atividade catalítica para oxidações de hidrocarbonetos aromáticos. "

p Sua pesquisa apóia a afirmação de que há um grande potencial para o uso de SNPs de óxido de cobre como catalisadores em aplicações industriais. "O desempenho catalítico e o mecanismo desses CunO sintetizados de tamanho controlado _x SNPs seriam melhores do que aqueles de catalisadores de metal nobre, que são mais comumente usados ​​na indústria atualmente, "Yamamoto diz, insinuando o que CunO _x SNPs podem alcançar no futuro.