Forskare vid Tokyo Institute of Technology producerade metallpartiklar i subnanostorlek som är så mycket som 50 gånger effektivare än välkända Au-Pd bimetalliska nanokatalysatorer.

Oxidationen av aromatiska kolväten är kritiskt viktig för att producera en stor mängd användbara organiska föreningar. Dessa oxidationsprocesser kräver användning av katalysatorer och lösningsmedel, som vanligtvis är miljöfarliga. Således, Att hitta en lösningsmedelsfri oxidationsprocess med hjälp av katalytiska partiklar i nanostorlek har väckt stor uppmärksamhet.

Intressant, katalytiska partiklar i subnanoskala (subnanokatalysatorer, eller SNCs) som består av ädelmetaller är ännu bättre på sitt jobb eftersom deras ökade yta och unika elektroniska tillstånd resulterar i gynnsamma effekter för oxiderande kolväten och även förhindrar att de själva oxideras. Detta gör dem kostnadseffektiva eftersom mängden metall som krävs för SNC:er är lägre än för katalysatorer i nanostorlek.

Ett team inklusive Dr. Miftakhul Huda, Keigo Minamisawa, Dr. Takamasa Tsukamoto, och Dr. Makoto Tanabe vid Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), ledd av prof. Kimihisa Yamamoto, skapade flera typer av SNC:er genom att använda dendrimerer, som är trädliknande sfäriska molekyler som kan användas som mall för att innehålla de önskade katalysatorerna. "Dendrimerer förväntas ge interna nanoutrymmen som kan vara lämpliga för katalytisk omvandling i närvaro av metallpartiklar, " förklarar Yamamoto.

Teamet skapade katalysatorer av olika storlekar, beroende på vilken ädelmetall som används och antalet atomer i varje katalytisk partikel. De jämförde deras prestanda för att hitta den bästa ädelmetallen för att tillverka SNC och utforskade sedan mekanismen bakom deras höga katalytiska aktivitet. Mindre SNC visade sig vara bättre, medan mindre oxofila metaller (som platina) var överlägsna. Teamet postulerade att ytan på platina SNC:er inte oxiderar lätt, vilket gör dem återanvändbara. Pt19 SNC visade katalytisk prestanda så hög som 50 gånger mer effektiv än de vanliga Au-Pd nanokatalysatorerna. Teamet kommer att fortsätta arbeta för att belysa dessa katalytiska fenomen.

"Utvecklingen av en mer detaljerad mekanism inklusive teoretiska överväganden pågår för närvarande, ", säger Tanabe. Tillämpningarna av sådana katalysatorer kan i hög grad bidra till att minska föroreningarna och förbättra vår effektiva användning av jordens metallresurser.