Un chimico RUDN ha sviluppato un nuovo metodo per sintetizzare nanoparticelle "a guscio d'uovo" sulla base di biossido di titanio e grafene. La complessa struttura delle nuove particelle ha permesso agli scienziati di effettuare un'ossidazione selettiva per la produzione di aldeide per molte ore senza la formazione di sottoprodotti. La ricerca è stata pubblicata su Catalisi applicata B:ambientale .

Questo tipo di reazione viene utilizzato per produrre aldeidi, composti chimici utilizzati nella produzione di molti medicinali e vitamine. Di regola, le aldeidi sono ottenute da alcoli aromatici con l'ausilio di ossidi metallici spesso tossici ad alte temperature. Le reazioni fotocatalitiche sono più ecologiche ma non abbastanza selettive:anche le aldeidi prodotte dal processo inizieranno a ossidarsi, pure, e si formano numerosi sottoprodotti. I chimici RUDN sono riusciti a risolvere questo problema utilizzando nanocatalizzatori con una struttura insolita.

Le particelle di questo tipo hanno uno spazio tra il loro nucleo (il "tuorlo") e il guscio esterno. I chimici hanno sintetizzato strutture di questo tipo dal biossido di titanio che è riconosciuto per le sue proprietà fotocatalitiche, e poi aggiunto grafene alla superficie del guscio. La superficie piana e le proprietà ottiche di questo materiale bidimensionale migliorano l'attività catalitica del biossido di titanio in vari modi. Consentono ai reagenti come gli alcoli aromatici di infiltrarsi facilmente nelle particelle, ampliare lo spettro della luce assorbita da ogni particella, e migliorare il trasferimento di carica nel materiale. La reazione tra il biossido di titanio e il suo involucro di grafene fornisce proprietà aggiuntive del nuovo catalizzatore.

Il legame tra biossido di titanio e grafene nell'esperimento è stato fornito da composti contenenti azoto (ammine). Le nanoparticelle hanno mostrato un'elevata selettività:il novantanove percento degli alcoli aromatici in queste reazioni si sono trasformati in aldeidi, e questo livello di produttività è rimasto per 12 ore di reazione. Nessun sottoprodotto formato nel corso della reazione sotto l'influenza della luce visibile, cioè., non ha avuto luogo alcuna perossidazione.

I chimici RUDN ritengono che ciò sia dovuto alle proprietà delle nanostrutture che sono virtualmente dei nanoreattori. La luce penetra nelle strutture e viene riflessa e dispersa al loro interno influenzando le molecole di reagenti organici accumulati tra il "guscio" e il "tuorlo". Le aldeidi ottenute nel corso di tale reazione sono relativamente idrofobe, mentre il "tuorlo" del biossido di titanio è idrofilo. Tali sostanze rimbalzano, e quindi le aldeidi lasciano rapidamente il nanoreattore. Questo è il motivo per cui non c'è sovraossidazione.

"Questa è un'altra parte dei nostri studi sulla progettazione di ricerche avanzate sui nanomateriali fotocatalitici, "dice Rafael Luque, direttore del Center for Molecular Design and Synthesis of Innovative Compounds for Medicine, e visiting scholar presso RUDN. "Le nanostrutture hanno mostrato un'eccellente attività fotocatalitica, ma soprattutto, l'aldeide è stata ancora ottenuta come singolo prodotto di ossidazione dopo 12 ore dal suo inizio, piuttosto inedito in letteratura. I materiali erano anche altamente stabili e riutilizzabili. In questo momento stiamo studiando le loro nuove proprietà, compresa la capacità di disintegrare gli inquinanti sotto la luce visibile".