Un químico de la RUDN ha desarrollado un nuevo método para sintetizar nanopartículas de "cáscara de yema" a base de dióxido de titanio y grafeno. La compleja estructura de las nuevas partículas permitió a los científicos llevar a cabo una oxidación selectiva para la producción de aldehídos durante muchas horas sin la formación de subproductos. La investigación fue publicada en Catálisis aplicada B:ambiental .

Este tipo de reacción se utiliza para producir aldehídos, compuestos químicos que se utilizan en la fabricación de muchas medicinas y vitaminas. Como una regla, Los aldehídos se obtienen a partir de alcoholes aromáticos con la ayuda de óxidos metálicos a menudo tóxicos a altas temperaturas. Las reacciones fotocatalíticas son más ecológicas pero no lo suficientemente selectivas:los aldehídos producidos por el proceso también comenzarán a oxidarse. también, y se forman numerosos subproductos. Los químicos de la RUDN lograron resolver este problema utilizando nanocatalizadores con una estructura inusual.

Las partículas de este tipo tienen un espacio entre su núcleo (la "yema") y la capa exterior. Los químicos sintetizaron estructuras de este tipo a partir de dióxido de titanio que es reconocido por sus propiedades fotocatalíticas. y luego agregó grafeno a la superficie de la cáscara. La superficie plana y las propiedades ópticas de este material bidimensional mejoran la actividad catalítica del dióxido de titanio de varias formas. Permiten que reactivos como los alcoholes aromáticos se filtren fácilmente en las partículas, ampliar el espectro de luz absorbido por cada partícula, y mejorar la transferencia de carga en el material. La reacción entre el dióxido de titanio y su envoltura de grafeno proporciona propiedades adicionales al nuevo catalizador.

El enlace entre el dióxido de titanio y el grafeno en el experimento fue proporcionado por compuestos que contienen nitrógeno (aminas). Las nanopartículas mostraron una alta selectividad:el noventa y nueve por ciento de los alcoholes aromáticos en estas reacciones se convirtieron en aldehídos, y este nivel de productividad se mantuvo durante 12 horas de reacción. No se forman subproductos en el curso de la reacción bajo la influencia de la luz visible, es decir., no tuvo lugar peroxidación.

Los químicos de la RUDN creen que esto se debe a las propiedades de las nanoestructuras que son prácticamente nano-reactores. La luz penetra en la estructura y se refleja y dispersa dentro de ellas influyendo en las moléculas de reactivos orgánicos acumuladas entre la "cáscara" y la "yema". Los aldehídos obtenidos en el curso de tal reacción son relativamente hidrófobos, mientras que la "yema" del dióxido de titanio es hidrófila. Tales sustancias rebotan, y por lo tanto los aldehídos salen rápidamente del nano-reactor. Por eso no hay sobreoxidación.

"Esta es otra parte de nuestros estudios sobre el diseño de investigación avanzada de nanomateriales fotocatalíticos, "dice Rafael Luque, director del Centro de Diseño Molecular y Síntesis de Compuestos Innovadores para Medicina, y un académico visitante en la RUDN. "Las nanoestructuras mostraron una excelente actividad fotocatalítica, pero mas importante, el aldehído todavía se obtuvo como producto de oxidación simple después de 12 horas después de su inicio, bastante sin precedentes en la literatura. Los materiales también eran muy estables y reutilizables. Ahora mismo estamos estudiando sus nuevas propiedades, incluida la capacidad de desintegrar contaminantes bajo luz visible ".