Un chimiste de RUDN a mis au point une nouvelle méthode de synthèse de nanoparticules « jaune-coquille » à base de dioxyde de titane et de graphène. La structure complexe des nouvelles particules a permis aux scientifiques d'effectuer une oxydation sélective pour la production d'aldéhydes pendant de nombreuses heures sans formation de sous-produits. La recherche a été publiée dans Catalyse appliquée B :Environnement .

Ce type de réaction est utilisé pour produire des aldéhydes, des composés chimiques utilisés dans la fabrication de nombreux médicaments et vitamines. Comme règle, les aldéhydes sont obtenus à partir d'alcools aromatiques à l'aide d'oxydes métalliques souvent toxiques à haute température. Les réactions photocatalytiques sont plus respectueuses de l'environnement mais pas assez sélectives - les aldéhydes produits par le processus vont également commencer à s'oxyder, trop, et de nombreux sous-produits se forment. Les chimistes de RUDN ont réussi à résoudre ce problème en utilisant des nanocatalyseurs avec une structure inhabituelle.

Les particules de ce type ont un espace entre leur noyau (le "jaune") et l'enveloppe externe. Les chimistes ont synthétisé de telles structures à partir du dioxyde de titane reconnu pour ses propriétés photocatalytiques, puis ajouté du graphène à la surface de la coque. La surface plane et les propriétés optiques de ce matériau bidimensionnel améliorent l'activité catalytique du dioxyde de titane de diverses manières. Ils permettent aux réactifs tels que les alcools aromatiques de s'infiltrer facilement dans les particules, élargir le spectre de la lumière absorbée par chaque particule, et améliorer le transfert de charge dans le matériau. La réaction entre le dioxyde de titane et son enveloppe de graphène confère des propriétés supplémentaires au nouveau catalyseur.

La liaison entre le dioxyde de titane et le graphène dans l'expérience a été fournie par des composés contenant de l'azote (amines). Les nanoparticules ont montré une sélectivité élevée :quatre-vingt-dix-neuf pour cent des alcools aromatiques dans ces réactions se sont transformés en aldéhydes, et ce niveau de productivité est resté pendant 12 heures de réaction. Aucun sous-produit formé au cours de la réaction sous l'influence de la lumière visible, c'est à dire., aucune peroxydation n'a eu lieu.

Les chimistes de RUDN pensent que cela est dû aux propriétés des nanostructures qui sont pratiquement des nanoréacteurs. La lumière pénètre dans la structure et y est réfléchie et diffusée en influençant les molécules de réactifs organiques accumulées entre la "coquille" et le "jaune". Les aldéhydes obtenus au cours d'une telle réaction sont relativement hydrophobes, tandis que le "jaune" du dioxyde de titane est hydrophile. De telles substances rebondissent, et donc les aldéhydes quittent rapidement le nanoréacteur. C'est pourquoi il n'y a pas de suroxydation.

"C'est une autre partie de nos études sur la conception de la recherche avancée sur les nanomatériaux photocatalytiques, " dit Rafael Luque, directeur du Center for Molecular Design and Synthesis of Innovative Compounds for Medicine, et chercheur invité à RUDN. "Les nanostructures ont montré une excellente activité photocatalytique, mais plus important, l'aldéhyde était encore obtenu comme produit d'oxydation unique après 12 heures après son démarrage, assez inédit dans la littérature. Les matériaux étaient également très stables et réutilisables. En ce moment nous étudions leurs nouvelles propriétés, y compris la capacité de désintégrer les polluants sous la lumière visible."