Et katalytisk støttemateriale spiller en ledende rolle

Forskere ved U.S. Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory, i samarbejde med DOE's Ames Laboratory, har rapporteret en vigtig og uventet reaktionsmekanisme - kaldet "redox-adfærd" - på overfladen af ​​katalysatorunderstøtningsmaterialer, der kan anvendes i den kemiske industri.

De fleste industrielle katalysatorer er forankret til metaloxidbærere såsom silica, aluminiumoxid eller zirconiumoxid. For nylig, sulfaterede metaloxider er dukket op som et lovende bæremateriale til kulstofholdige metalliske ("organometalliske") katalytiske komplekser. De lover også katalytiske materialer i deres egen ret, med anvendelse på kemiske processer i den petrokemiske industri.

Ved at bruge en kombination af teoretiske beregninger og målinger med avancerede analytiske teknikker, forskerholdet undersøgte vekselvirkningerne mellem en organometallisk iridiumkatalysator og bærematerialer bestående af sulfateret aluminiumoxid og sulfateret zirconiumoxid. Disse interaktioner fandt sted under en katalytisk reaktion fremmet af organo-iridium-arterne med bærematerialerne.

Takket være tidligere forskning, videnskabsmænd havde været opmærksomme på en katalysevej, der involverer donation af protoner fra de sulfaterede metaloxider. Forskerholdet opdagede en anden vej, en redoxreaktion, der involverer accept af elektroner fra det organometalliske kompleks på den sulfaterede metaloxidoverflade. De opdagede også, at nogle steder på den sulfaterede metaloxidoverflade, der havde været protondonerende, kunne omdannes til elektron-accepterende steder, derved ændrer den organometalliske katalysators kemiske opførsel.

Argonne kemiker Max Delferro, en forfatter til undersøgelsen, kommenterede, at "i denne redoxmekanisme, vores materiale tager sin sædvanlige kemiske rutine og vender det på hovedet - i stedet for at opgive en proton, den får en elektron."

Forekomsten af ​​hydrogenisotopen deuterium i det organometalliske kompleks signalerede forekomsten af ​​en redoxreaktion, som ikke tidligere var blevet rapporteret. Ud over, forskerne fandt ud af, at både overfladehydrering og sulfatbelastning i støttematerialet spiller en nøglerolle i redoxprocessen.

Ifølge Delferro, forskningen giver indsigt til katalysesamfundet vedrørende potentialet for, at lignende mekanismer udgør en vigtig del af katalytiske forhold, inklusive dem, hvor understøttende overflader fungerer som deres egen katalysator. "Denne observation giver et principbevis på, at et vigtigt sæt af reaktioner sker og ikke bør ignoreres, " sagde Argonne postdoc-forsker David Kaphan, en anden forfatter til undersøgelsen.

Studiet, med titlen "Beviser for redoxmekanismer i organometallisk kemisorption og reaktivitet på sulfaterede metaloxider, " optrådte i onlineudgaven af ​​9. april Journal of the American Chemical Society .