Урало-Сибирская научно-практическая конференция

Магнето-управляемые катализаторы на основе нанокристаллического оксида меди

А.Е. Ермаков¹, Т.А. Федущак², В.С. Седой³, М.А. Уймин¹, 
А.А. Мысик¹, А.В. Королев¹

¹Институт физики металлов УрО РАН, 620219, Екатеринбург

²Институт химии нефти СО РАН,634055, Томск

³Институт сильноточной электроники СО РАН, 634055, Томск

620219,г. Екатеринбург, ГСП-170, ул. С.Ковалевской, 18

vermakov@imp.uran.ru 

Обнаружено и изучено новое явление ускорения химической реакции, контролируемого внешним стационарным магнитным полем малой напряженности (менее 3 кОе), на примере, формирования координационного соединения медьфталоцианина (PcCu). В качестве одного из  реагентов при образовании PcCu были использованы нанокристаллические порошки меди разного размера (средний размер частиц 30 и 100 нм), содержащие оксидную фазу на основе CuO.  В данной работе  использованы нанопорошки, изготовленые электровзрывным и газофазным методами. 

Замечательный экспериментальный факт состоит в том,  что для инициирования реакции с использованием нанопорошков меди, содержащих оксиды, достаточно кратковременно приложить магнитное поле, а затем выключить его. Нанокристаллический оксид меди, находящийся на поверхности частиц играет роль гетерогенного магнето-контролируемого катализатора. В результате существенно ускоряется образование медьфталоцианина, при этом скорость реакции зависит от размера и состава порошков. Так, например, после приложения  магнитного  поля при использовании нанопорошков меди со средним размером 100 нм (с содержанием оксидов меди менее 9%)) скорость  образования PcCu повышается в 6-8 раз.

В результате изучения магнитных свойств нанопорошков меди с различным содержанием оксидной фазы CuO показано, что наиболее вероятной является модель формирования неоднородных магнитных и зарядовых областей (активных центров) в сильно-кореллированной антиферромагнитной матрице CuO. Под воздействием магнитного поля изменяется магнитное и зарядовое состояние этих центров, и, следовательно, их реакционная способность.  Установленное уникальное явление может быть использовано в биохимии, в исследовании сорбционной способности нанокристаллов, изучении сенсорных свойств нанообъектов и других областях науки.