Химик РУДН разработал новый метод синтеза наночастиц «желток-оболочка» на основе диоксида титана и графена. Сложная структура новых частиц позволила ученым проводить селективное окисление для производства альдегидов в течение многих часов без образования каких-либо побочных продуктов. Исследование было опубликовано в Прикладном катализе B: Окружающая среда.

Фото: Allen Dressen

Этот тип реакции используется для производства альдегидов — химических соединений, используемых при производстве многих лекарственных препаратов и витаминов. Как правило, альдегиды получают из ароматических спиртов с помощью часто токсичных оксидов металлов при высоких температурах. Фотокаталитические реакции более экологичны, но недостаточно селективны — альдегиды, образующиеся в процессе, также начнут окисляться, и образуются многочисленные побочные продукты. Химикам РУДН удалось решить эту проблему с помощью нанокатализаторов с необычной структурой.

The particles of this type have a gap between their nucleus (the «yolk») and the outer shell. The chemists synthesized structures of this kind from titanium dioxide that is recognized for its photocatalytic properties, and then added graphene to the surface of the shell. The flat surface and optical properties of this two-dimensional material enhance the catalytic activity of titanium dioxide in various ways. They allow reagents such as aromatic alcohols to easily infiltrate the particles, broaden the spectrum of light absorbed by each particle, and improve charge transfer in the material. The reaction between titanium dioxide and its graphene envelope provides for additional properties of the new catalyst.

Связь между диоксидом титана и графеном в эксперименте обеспечивалась азотсодержащими соединениями (аминами). Наночастицы показали высокую селективность: девяносто девять процентов ароматических спиртов в этих реакциях превращались в альдегиды, и этот уровень продуктивности сохранялся в течение 12 часов реакции. Никакие побочные продукты не образовывались в ходе реакции под воздействием видимого света, т. Е. Перекисного окисления не происходило.

По мнению химиков РУДН, это связано со свойствами наноструктур, которые фактически являются нанореакторами. Свет проникает в структуру и отражается и рассеивается внутри них, воздействуя на молекулы органических реагентов, накопленных между «оболочкой» и «желтком». Альдегиды, полученные в ходе такой реакции, являются относительно гидрофобными, в то время как «желток» из диоксида титана является гидрофильным. Такие вещества восстанавливаются, и поэтому альдегиды быстро покидают нанореактор. Вот почему нет переокисления.

«Это еще одна часть наших исследований по разработке передовых исследований фотокаталитических наноматериалов», — говорит Рафаэль Луке, директор Центра молекулярного дизайна и синтеза инновационных соединений для медицины, и приглашенный ученый в RUDN. «Наноструктуры показали превосходную фотокаталитическую активность, но, что более важно, альдегид все еще был получен в качестве единственного продукта окисления через 12 часов после его запуска, что является довольно беспрецедентным в литературе. Материалы были также очень стабильны и многоразовы. Прямо сейчас мы изучаем их новые свойства, в том числе способность разлагать загрязняющие вещества под видимым светом ».

По материалам phys.org