Las nanoarquitecturas de BHC-TiO2 exhibieron un excelente rendimiento fotocatalítico bajo luz visible en la preparación de derivados de bencimidazol. Crédito:Allen Dressen
Un químico de la RUDN ha desarrollado nuevos fotocatalizadores que consisten en nanoestructuras de dióxido de titanio. Los nanocubos huecos con paredes ultradelgadas actúan como nanoreactores y proporcionan reacciones orgánicas 28 veces más efectivas a temperatura ambiente bajo la influencia de la luz visible. Los resultados se publican en Catálisis aplicada B:ambiental .
Métodos tradicionales de fabricación de productos farmacéuticos, fertilizantes, pesticidas, aditivos alimentarios, y otros productos útiles de sustancias orgánicas requieren altos niveles de presión y temperatura. La fotocatálisis es un proceso altamente eficiente para la producción química. Los fotocatalizadores aceleran las reacciones orgánicas bajo la influencia de la luz en condiciones ambientales sin aumentar la temperatura o la presión.
El dióxido de titanio se considera un posible catalizador. Sin embargo, su actividad catalítica se activa solo con luz ultravioleta, que comprende solo el 5 por ciento de la luz solar. Cuando se forma como nanoestructuras huecas, El dióxido de titanio se vuelve más activo como catalizador. Rafael Luque, el director del Centro de Diseño Molecular y Síntesis de Compuestos Innovadores para la Medicina y sus colegas de Irán describen un nuevo tipo de estructura con alta actividad fotocatalítica:nanocubos negros huecos hechos de dióxido de titanio (BHC-TiO 2 ).
El desarrollo de las nuevas nanoestructuras tomó casi dos años. El procedimiento consta de cuatro pasos. Primero, los químicos preparan nanocubos de hematita y los cubren con dióxido de titanio. Luego, el interior de los cubos se lava con una solución de ácido clorhídrico, dejando solo la fina capa de dióxido de titanio. Se calienta a 550 ° C en una atmósfera de hidrógeno-argón. Después, las muestras se convierten en nanocubos huecos negros. Todo el proceso toma de dos a tres días.
"Las principales ventajas de nuestras estructuras son que son fáciles de crear, durable, y se puede utilizar para diferentes propósitos. BHC-TiO 2 se puede utilizar como fotocatalizador para la purificación del agua para acelerar la descomposición de contaminantes, así como para la conversión de biomasa. En la actualidad, estamos estudiando la aplicación de fotocatalizadores en la producción de sustancias orgánicas, "dijo Luque.
En un experimento que involucra la síntesis de bencimidazol, los investigadores comprobaron la actividad catalítica de varios tipos de nanocubos:los sólidos hechos de dióxido de titanio, los huecos, y horneado negro hueco BHC-TiO 2 unos. Algunas muestras se expusieron a la luz visible de una lámpara halógena normal, y algunos, a la radiación ultravioleta. Los derivados de esta sustancia tienen una gran demanda en la industria farmacéutica.
BHC-TiO 2 las partículas mostraron una alta actividad catalítica en ambos tipos de exposición. El ochenta y seis por ciento de la sustancia inicial se procesó bajo la influencia de la luz visible, que es 28 veces más que en el experimento con cubos de dióxido de titanio de una pieza (no huecos). Los químicos creen que esta actividad se debe al vacío estructural, gran superficie, y paredes ultrafinas porosas. Todas estas propiedades hacen que los nanocubos funcionen como nanoreactores, es decir, reflejan y dispersan la luz y absorben fácilmente sustancias orgánicas, creando un medio para reacciones efectivas dentro de los cubos. Ti 3+ Los iones formados en la superficie de los nanocubos durante el horneado también juegan un papel importante. Los científicos de la RUDN creen que facilitan la transferencia de electrones haciendo que toda la estructura absorba la luz visible (y no solo la luz ultravioleta como el dióxido de titanio puro).
Los experimentos demostraron una alta durabilidad de los nanoreactores, incluso después del sexto uso, las estructuras mantuvieron su forma y casi todas las Ti 3+ iones en su superficie. Por lo tanto, BHC-TiO 2 se puede utilizar para realizar al menos 7 reacciones orgánicas sin pérdida de su actividad catalítica.
