Свет может избавить наночастицы меди от окисления

Источник: wesbellwireandcable.com

Представьте себе, что после облучения видимым светом медь, покрытая пятнами коррозии, становится снова яркой и блестящей. Как оказалось, это действительно возможно. Новое физическое явление, имеющее важные практические последствия, обнаружила команда Университета Мичигана (США) под руководством адъюнкт-профессора Сульо Линика. Эта способность меди в первую очередь позволит использовать металл в качестве катализатора для производства окиси пропилена. Окись пропилена является сырьем для производства многих товаров — пластмассы, антифризов, краски, изоляционной пены и т. д. Только в США ежегодно производится около 2,4 млн. тонн данного вещества.

Но в настоящее время в промышленности используется длинная и сложная, многоступенчатая химическая реакция, приводящая к образованию большого количества нежелательных побочных продуктов. Масса соли, полученной в процессе, примерно в 2 раза больше, чем масса оксида пропилена. Многие ученые пытались найти катализатор, который позволит связывать пропилен и кислород с образованием оксида в безотходном процессе. Металлическая медь имеет большой потенциал в качестве такого катализатора, но у нее есть важный недостаток. Медь стремится связаться с кислородом, образуя оксид меди, вещество с плохими каталитическими свойствами. Как отмечает участник исследования аспирант Маримуту Андиаппан, металлическая медь может связывать кислород с двумя атомами углерода в молекуле пропилена, образуя оксид пропилена.

Оксид меди, с другой стороны, стремится разрушить пропилен до диоксида углерода или присоединить кислород только к одному атому углерода, образуя гербицид акролеин. Но профессор Линик, аспирант Андиаппан и еще один аспирант Джианвен Чжан обнаружили, что свет может отменить процесс окисления для структурированной меди. Ученые изготовили наночастицы меди диаметром около 40 нм, смешали их с мельчайшими частицами диоксида кремния, а затем направили газы пропилен и кислород на полученную смесь. В темноте медь окисляется, и только 20% газа превращается в окись пропилена. Но при направлении на реактор яркого дневного света (в 5 раз интенсивнее обычного солнечного света) медь остается в металлическом состоянии, и около 50% пропилена превращается в окись.

По словам профессора Линика, это первый известный случай, когда свет может использоваться для переключения состояния меди из оксида в металл. Видимо, свет освобождает электроны из атомов меди на поверхности частиц, и эти электроны разрывают связь между медью и кислородом. Новый тип реактора, с освещением катализатора, позволит организовать дешевое и экологически чистое производство окиси пропилена. Теоретически, можно использовать зеркала, для увеличения интенсивности света. Возможно, существуют и другие процессы, где свет может повлиять на изменение степени окисления в ходе реакции.