纳米反应器合成有机物质

经过两年的研究，RUDN的化学家开发了一种由二氧化钛制成的光催化剂，以帮助有机物质的合成…

RUDN大学的一名化学家开发了一种新型的光催化剂-由二氧化钛制成的纳米结构。具有超薄壁的空心纳米立方体的作用类似于纳米反应器，在可见光的影响下，在室温下可提供28倍的有效有机反应。

由有机物质制造药物的传统方法需要高压和高温。使化学工业能耗更低的方法之一是使用光催化。在环境条件下，光催化剂能够在光的影响下加速有机反应，即不会增加温度或压力。

二氧化钛被认为是潜在的催化剂。但是，它的催化活性仅在紫外线（仅占阳光的5％）中被激活。当成形为中空纳米结构时，二氧化钛作为催化剂变得更有活性。药物创新化合物分子设计和合成中心主任Rafael Luque教授介绍了一种新型的这种具有高光催化活性的结构：由二氧化钛（BHC-TiO2）制成的黑色空心纳米立方体。

新纳米结构的开发花了将近两年的时间。科学创造了一种相对容易的纳米结构设计方法。该过程包括4个主要步骤。首先，化学家准备了由赤铁矿制成的纳米立方体，并用二氧化钛覆盖它们。在下一步中，使用盐酸溶液洗净立方体的内部，仅留下薄的二氧化钛壳。最后阶段是在氢氩气氛中在550摄氏度下烘烤。之后，样品变成黑色的空心纳米立方体。整个过程大约需要2-3天。

“我们结构的主要优点是它们易于制造，耐用并且可以用于不同目的。该中心主任拉斐尔·卢克（Rafael Luque）表示：“ BHC-TiO2可用作光催化剂，用于水净化以加速污染物的分解以及生物质的转化。目前，我们正在研究光催化剂在有机物质生产中的应用。”用于药物创新设计的分子设计和合成。

RUDN的研究人员在涉及苯并咪唑合成的实验中，检查了几种类型的纳米立方体的催化活性，这些纳米立方体是由二氧化钛制成的单块，中空的，以及经烘烤的黑色中空的BHC-TiO2的。该物质的衍生物在制药工业中有很高的需求。一些样品暴露于普通卤素灯的可见光下，而另一些则暴露于紫外线辐射下。

BHC-TiO2颗粒在两种暴露下均显示出高催化活性。86％的初始物质是在可见光的影响下加工的，是单片（非空心）二氧化钛立方体的实验的28倍。化学家认为，新结构的这种活性是由于它们的中空性，较大的表面积和多孔的超薄壁而引起的。所有这些特性使纳米立方体可以用作纳米反应器，即反射和散射光并易于吸收有机物，从而为立方体内部的有效反应提供了一种介质。烘焙过程中在纳米立方体表面形成的Ti3 +离子也起着重要作用。RUDN科学家认为，它们有助于电子转移，使整个结构吸收可见光（而不仅仅是像纯二氧化钛那样的紫外线）。

实验证明了纳米反应器的高耐久性：即使在第六次使用后，该结构仍保持其形式以及表面上几乎所有的Ti3 +离子。因此，BHC-TiO2可用于进行至少7种有机反应，而不会降低其催化活性。

该研究发表在《应用催化》 B：环境的。