Un chimico RUDN ha sviluppato nuovi fotocatalizzatori costituiti da nanostrutture di biossido di titanio. I nanocubi cavi con pareti ultrasottili agiscono come nanoreattori e forniscono reazioni organiche 28 volte più efficaci a temperatura ambiente sotto l'influenza della luce visibile. I risultati sono pubblicati in Catalisi applicata B:ambientale .

Metodi tradizionali di produzione di prodotti farmaceutici, fertilizzanti, pesticidi, additivi del cibo, e altri prodotti utili da sostanze organiche richiedono alti livelli di pressione e temperatura. La fotocatalisi è un processo altamente efficiente per la produzione di sostanze chimiche. I fotocatalizzatori accelerano le reazioni organiche sotto l'influenza della luce in condizioni ambientali senza aumentare la temperatura o la pressione.

Il biossido di titanio è considerato un potenziale catalizzatore. Però, la sua attività catalitica si attiva solo alla luce UV, che comprende solo il 5 per cento della luce solare. Quando modellati come nanostrutture cave, il biossido di titanio diventa più attivo come catalizzatore. Raffaele Luca, il direttore del Center for Molecular Design and Synthesis of Innovative Compounds for Medicine e colleghi dall'Iran descrivono un nuovo tipo di struttura ad alta attività fotocatalitica:nanocubi cavi neri di biossido di titanio (BHC-TiO ₂ ).

Lo sviluppo delle nuove nanostrutture ha richiesto quasi due anni. La procedura si compone di quattro passaggi. Primo, i chimici preparano nanocubi di ematite e li ricoprono con biossido di titanio. Quindi, l'interno dei cubetti viene lavato con una soluzione di acido cloridrico, lasciando solo il sottile guscio di biossido di titanio. Questo viene riscaldato a 550°C in un'atmosfera di idrogeno-argon. Dopo di che, i campioni si trasformano in nanocubi cavi neri. L'intero processo richiede due o tre giorni.

"I principali vantaggi delle nostre strutture sono che sono facili da realizzare, durevole, e può essere utilizzato per diversi scopi. BHC-TiO ₂ può essere utilizzato come fotocatalizzatore per la depurazione dell'acqua per accelerare la decomposizione degli inquinanti, così come per la conversione della biomassa. Attualmente, stiamo studiando l'applicazione di fotocatalizzatori nella produzione di sostanze organiche, " disse Luca.

In un esperimento che coinvolge la sintesi del benzimidazolo, i ricercatori hanno verificato l'attività catalitica di diversi tipi di nanocubi:quelli solidi fatti di biossido di titanio, quelli vuoti, e BHC-TiO . cavo nero cotto ₂ quelli. Alcuni campioni sono stati esposti alla luce visibile di una normale lampada alogena, e alcuni—alla radiazione UV. I derivati ​​di questa sostanza sono molto richiesti nell'industria farmaceutica

BHC-TiO ₂ le particelle hanno mostrato un'elevata attività catalitica in entrambi i tipi di esposizione. L'ottantasei percento della sostanza iniziale è stata elaborata sotto l'influenza della luce visibile, che è 28 volte di più rispetto all'esperimento con cubetti di biossido di titanio monopezzo (non cavi). I chimici ritengono che questa attività sia dovuta alla cavità strutturale, ampia superficie, e pareti ultrasottili porose. Tutte queste proprietà fanno funzionare i nanocubi come nanoreattori, cioè riflettono e diffondono la luce e assorbono facilmente le sostanze organiche, creando un mezzo per reazioni efficaci all'interno dei cubi. Ti ₃₊ anche gli ioni formati sulla superficie dei nanocubi nel corso della cottura svolgono un ruolo importante. Gli scienziati RUDN ritengono che facilitino il trasferimento di elettroni facendo assorbire l'intera struttura alla luce visibile (e non solo alla luce UV come il biossido di titanio puro).

Gli esperimenti hanno dimostrato un'elevata durabilità dei nanoreattori, anche dopo il sesto utilizzo, le strutture hanno mantenuto la loro forma e quasi tutti Ti ₃₊ ioni sulla loro superficie. Perciò, BHC-TiO ₂ possono essere utilizzati per effettuare almeno 7 reazioni organiche senza alcuna perdita della loro attività catalitica.