1. Synergistic Effect of High-Frequency Ultrasound with Cupric Oxide Catalyst Resulting in a Selectivity Switch in Glucose Oxidation under Argon
- Author
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Yingqiao Wang, Ngoc Han Tran, Duy Quang Dao, Prince Nana Amaniampong, Matthew Sherburne, François Jérôme, Karine De Oliveira Vigier, Quang Thang Trinh, Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers (IC2MP), Université de Poitiers-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Fédération de recherche INCREASE (INCREASE), Institut des Sciences Moléculaires (ISM), Université Montesquieu - Bordeaux 4-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-École Nationale Supérieure de Chimie et de Physique de Bordeaux (ENSCPB)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Montesquieu - Bordeaux 4-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-École Nationale Supérieure de Chimie et de Physique de Bordeaux (ENSCPB)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-LIttoral ENvironnement et Sociétés (LIENSs), La Rochelle Université (ULR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-La Rochelle Université (ULR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers (IC2MP), Université de Poitiers-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Poitiers-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR), Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (LCPO), Université de Bordeaux (UB)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie, de Biologie et de Physique (ENSCBP)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie, de Biologie et de Physique (ENSCBP)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire de Génie Chimique (LGC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Unité de recherche sur les Biopolymères, Interactions Assemblages (BIA), Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Centre de recherche sur l'intégration économique et financière (CRIEF), Université de Poitiers-Université de Poitiers, Nanyang Technological University [Singapour], Physicochimie de la Combustion (PC2), Physicochimie des Processus de Combustion et de l’Atmosphère - UMR 8522 (PC2A), Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), National Research Foundation Singapore, Centre National de la Recherche Scientifique, R?gion Nouvelle-Aquitaine, ANR-16-CE07-0003,CELLOPLASM,Clivage de la liaison béta-1,4 glycosidique de la cellulose par plasma atmospherique non-thermique: mécanisme et application pour la production d'alkylglycosides(2016), Université Montesquieu - Bordeaux 4-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-École Nationale Supérieure de Chimie et de Physique de Bordeaux (ENSCPB)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Montesquieu - Bordeaux 4-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-École Nationale Supérieure de Chimie et de Physique de Bordeaux (ENSCPB)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre de Recherche sur l'Intégration Economique et Financière (CRIEF), Université de Poitiers-Université de Poitiers-LIttoral ENvironnement et Sociétés - UMRi 7266 (LIENSs), Université de La Rochelle (ULR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de La Rochelle (ULR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers (IC2MP), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (LCPO), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Ecole Nationale Supérieure de Chimie, de Biologie et de Physique (ENSCBP)-Université de Bordeaux (UB)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Ecole Nationale Supérieure de Chimie, de Biologie et de Physique (ENSCBP)-Université de Bordeaux (UB)-Laboratoire de Génie Chimique (LGC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Unité de recherche sur les Biopolymères, Interactions Assemblages (BIA), and Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
- Subjects
Radical ,Inorganic chemistry ,Oxide ,010402 general chemistry ,DFT ,01 natural sciences ,7. Clean energy ,Biochemistry ,Catalysis ,Sonochemistry ,Metal ,chemistry.chemical_compound ,Colloid and Surface Chemistry ,Oxidation ,Copper oxide ,glucuronic acid ,ultrasound ,[CHIM.CATA]Chemical Sciences/Catalysis ,General Chemistry ,Glucuronic acid ,0104 chemical sciences ,chemistry ,visual_art ,Gluconic acid ,visual_art.visual_art_medium ,Selectivity - Abstract
We report here, and rationalize, a synergistic effect between a non-noble metal oxide catalyst (CuO) and high-frequency ultrasound (HFUS) on glucose oxidation. While CuO and HFUS are able to independently oxidize glucose to gluconic acid, the combination of CuO with HFUS led to a dramatic change of the reaction selectivity, with glucuronic acid being formed as the major product. By means of density functional theory (DFT) calculations, we show that, under ultrasonic irradiation of water at 550 kHz, the surface lattice oxygen of a CuO catalyst traps H· radicals stemming from the sonolysis of water, making the ring-opening of glucose energetically unfavorable and leaving a high coverage of ·OH radical on the CuO surface, which selectively oxidizes glucose to glucuronic acid. This work also points toward a path to optimize the size of the catalyst particle for an ultrasonic frequency that minimizes the damage to the catalyst, resulting in its successful reuse.
- Published
- 2019