Een RUDN-chemicus heeft een nieuwe methode ontwikkeld om "dooierschaal"-nanodeeltjes te synthetiseren op basis van titaandioxide en grafeen. De complexe structuur van de nieuwe deeltjes stelde de wetenschappers in staat om gedurende vele uren een selectieve oxidatie voor de productie van aldehyde uit te voeren zonder de vorming van bijproducten. Het onderzoek is gepubliceerd in Toegepaste Katalyse B:Milieu .

Dit type reactie wordt gebruikt om aldehyden te produceren - chemische verbindingen die worden gebruikt bij de vervaardiging van veel medicijnen en vitamines. Als een regel, aldehyden worden verkregen uit aromatische alcoholen met behulp van vaak giftige metaaloxiden bij hoge temperaturen. Fotokatalytische reacties zijn milieuvriendelijker, maar niet selectief genoeg - de aldehyden die door het proces worden geproduceerd, zullen ook gaan oxideren, te, en talrijke bijproducten worden gevormd. RUDN-chemici hebben dit probleem weten op te lossen door nanokatalysatoren met een ongebruikelijke structuur te gebruiken.

De deeltjes van dit type hebben een opening tussen hun kern (de "dooier") en de buitenste schil. De chemici hebben dit soort structuren gesynthetiseerd uit titaandioxide dat bekend staat om zijn fotokatalytische eigenschappen, en vervolgens grafeen aan het oppervlak van de schaal toegevoegd. Het platte oppervlak en de optische eigenschappen van dit tweedimensionale materiaal versterken op verschillende manieren de katalytische activiteit van titaniumdioxide. Ze zorgen ervoor dat reagentia zoals aromatische alcoholen gemakkelijk de deeltjes kunnen infiltreren, het spectrum van door elk deeltje geabsorbeerd licht verbreden, en de ladingsoverdracht in het materiaal te verbeteren. De reactie tussen titaandioxide en zijn grafeenomhulsel zorgt voor extra eigenschappen van de nieuwe katalysator.

De binding tussen titaandioxide en grafeen in het experiment werd verzorgd door stikstofhoudende verbindingen (amines). Nanodeeltjes vertoonden een hoge selectiviteit:negenennegentig procent van de aromatische alcoholen in deze reacties veranderde in aldehyden, en dit productiviteitsniveau bleef gedurende 12 uur reactie. Geen bijproducten gevormd tijdens de reactie onder invloed van zichtbaar licht, d.w.z., er vond geen peroxidatie plaats.

De RUDN-chemici denken dat dit komt door de eigenschappen van de nanostructuren die vrijwel nanoreactoren zijn. Het licht dringt de structuur binnen en wordt daarin gereflecteerd en verstrooid, waardoor de moleculen van organische reagentia worden beïnvloed die zich tussen de "schaal" en de "dooier" hebben opgehoopt. Aldehyden die bij een dergelijke reactie worden verkregen, zijn relatief hydrofoob, terwijl de "dooier" van titaniumdioxide hydrofiel is. Dergelijke stoffen kaatsen terug, en daarom verlaten de aldehyden snel de nanoreactor. Hierdoor is er geen sprake van overoxidatie.

"Dit is een ander onderdeel van onze studies over het ontwerp van geavanceerd onderzoek naar fotokatalytische nanomaterialen, " zegt Rafael Luque, directeur van het Centre for Molecular Design and Synthesis of Innovative Compounds for Medicine, en een visiting scholar aan RUDN. "De nanostructuren vertoonden uitstekende fotokatalytische activiteit, maar belangrijker, het aldehyde werd 12 uur na de start nog steeds als enkelvoudig oxidatieproduct verkregen, eerder ongekend in de literatuur. De materialen waren ook zeer stabiel en herbruikbaar. Op dit moment bestuderen we hun nieuwe eigendommen, inclusief het vermogen om verontreinigende stoffen onder zichtbaar licht te desintegreren."