Un chimiste de RUDN a développé de nouveaux photocatalyseurs constitués de nanostructures à partir de dioxyde de titane. Les nanocubes creux aux parois ultra-minces agissent comme des nanoréacteurs et permettent des réactions organiques 28 fois plus efficaces à température ambiante sous l'influence de la lumière visible. Les résultats sont publiés dans Catalyse appliquée B :Environnement .

Méthodes traditionnelles de fabrication des produits pharmaceutiques, les engrais, pesticides, additifs alimentaires, et d'autres produits utiles à partir de substances organiques nécessitent des niveaux de pression et de température élevés. La photocatalyse est un procédé très efficace pour la production chimique. Les photocatalyseurs accélèrent les réactions organiques sous l'influence de la lumière dans des conditions ambiantes sans augmenter la température ou la pression.

Le dioxyde de titane est considéré comme un catalyseur potentiel. Cependant, son activité catalytique n'est activée qu'en lumière UV, qui ne comprend que 5 pour cent de la lumière du soleil. Sous forme de nanostructures creuses, le dioxyde de titane devient plus actif en tant que catalyseur. Rafaël Luque, le directeur du Center for Molecular Design and Synthesis of Innovative Compounds for Medicine et ses collègues iraniens décrivent un nouveau type de structure à forte activité photocatalytique :des nanocubes noirs creux en dioxyde de titane (BHC-TiO 2 ).

Le développement des nouvelles nanostructures a duré près de deux ans. La procédure comprend quatre étapes. D'abord, les chimistes préparent des nanocubes d'hématite et les recouvrent de dioxyde de titane. Puis, l'intérieur des cubes est lavé à l'aide d'une solution d'acide chlorhydrique, ne laissant que la fine coquille de dioxyde de titane. Celui-ci est chauffé à 550°C dans une atmosphère hydrogène-argon. Après ça, les échantillons se transforment en nanocubes creux noirs. L'ensemble du processus prend deux à trois jours.

« Les principaux avantages de nos structures sont qu'elles sont faciles à créer, durable, et peut être utilisé à différentes fins. BHC-TiO 2 peut être utilisé comme photocatalyseur pour la purification de l'eau pour accélérer la décomposition des polluants, ainsi que pour la conversion de la biomasse. Actuellement, nous étudions l'application des photocatalyseurs dans la production de substances organiques, " dit Luqué.

Dans une expérience impliquant la synthèse de benzimidazole, les chercheurs ont vérifié l'activité catalytique de plusieurs types de nanocubes :solides en dioxyde de titane, les creux, et BHC-TiO creux noir cuit 2 ceux. Certains échantillons ont été exposés à la lumière visible d'une lampe halogène ordinaire, et certains - au rayonnement UV. Les dérivés de cette substance sont très demandés dans l'industrie pharmaceutique

BHC-TiO 2 les particules ont montré une activité catalytique élevée sous les deux types d'exposition. Quatre-vingt-six pour cent de la substance initiale a été traitée sous l'influence de la lumière visible, ce qui est 28 fois plus que dans l'expérience avec des cubes de dioxyde de titane d'une seule pièce (non creux). Les chimistes pensent que cette activité est due au creux structurel, grande superficie, et parois ultra-minces poreuses. Toutes ces propriétés font que les nanocubes fonctionnent comme des nanoréacteurs, c'est-à-dire réfléchir et diffuser la lumière et absorber facilement les substances organiques, créant un milieu pour des réactions efficaces à l'intérieur des cubes. Ti 3+ Les ions formés à la surface des nanocubes au cours de la cuisson jouent également un rôle important. Les scientifiques de RUDN pensent qu'ils facilitent le transfert d'électrons en faisant que toute la structure absorbe la lumière visible (et pas seulement la lumière UV comme le dioxyde de titane pur).

Les expériences ont prouvé une grande durabilité des nanoréacteurs, même après la sixième utilisation, les structures ont gardé leur forme et presque toutes les Ti 3+ ions à leur surface. Par conséquent, BHC-TiO 2 peuvent être utilisés pour réaliser au moins 7 réactions organiques sans perte de leur activité catalytique.