Химики из России и Ирана создали 12 нанокатализаторов, которые позволяют получать сложные углеводороды под действием солнечного света. Результаты опубликованы в журнале Nano-Structures & Nano-Objects.

Для создания сложных молекулярных структур химики используют реакции сочетания — когда соединяются два атома углерода из разных углеводородов. Так получают, например, дибензил или дифенилэтан — «двухголовый» углеводород с двумя бензольными кольцами. Производные дибензила обладают широким биологическим спектром. Самое известное его производное — это средство против насекомых ДДТ. Для реакции сочетания необходимы катализаторы на основе драгоценных металлов и жесткие условия реакции. Более «зеленая» альтернатива — фотокатализаторы. Они работают под действием солнечного света и при мягких условиях. И теперь российские химики совместно с коллегами из Ирана создали такие фотокатализаторы на основе наночастиц из оксида титана.

«Реакции сочетания — один из самых полезных подходов к синтезу супермолекул. Поэтому поиск высокоэффективных катализаторов для образования связи углерод-углерод остается очень сложной и важной задачей в синтетической органической химии. Синтез дибензильных соединений привлекает внимание благодаря разнообразию их свойств — у них противоопухолевая, противодиабетическая и противовоспалительная активность. Однако для такого синтеза требуются благородные металлы или катализаторы сложной конструкции, жесткие условия реакции и органические растворители», — рассказал Яхья Абсалан, кандидат химических наук, исследователь РУДН.

Химики создали 12 фотокатализаторов. Все они построены из наночастиц оксида титана и дополнительного металла — элемента из группы лантаноидов или переходных металлов. Добавка лантаноидов — элементов III группы 6-го периода периодической таблицы — увеличивает поверхностную активность наночастиц. В результате эффективность катализатора возрастает — 86% исходных реагентов успешно вступают в реакцию. Наночастицы без дополнительных лантаноидов позволяют добиться только 80% эффективности.

Новые нанокатализаторы также уменьшают энергетический порог, который необходимо преодолеть, чтобы два атома углерода соединились друг с другом. Эта величина определяется так называемой запрещенной зоной. Именно ее, вместе с поверхностной активностью, химики назвали ключевыми факторами, которые определили эффективность фотокатализаторов.

«Мы синтезировали 12 новых нанокатализаторов. Среди них есть двухядерные и трехядерные оксиды титана с высокой поверхностной активностью и низкой энергетической запрещенной зоной. Мы установили решающую роль этих двух параметров с помощью фотокаталитического теста, впервые рассмотрев синтез дибензила под действием солнечного света», — прокомментировала Ольга Ковальчукова, доктор химических наук, профессор кафедры общей химии РУДН.