Tamning af defekte porøse materialer til robust og selektiv heterogen katalyse

Produktionen af ​​1-buten via ethylen-dimerisering er en af ​​de få industrielle processer, der anvender homogen katalyse på grund af dets høje selektivitet, trods de enorme mængder aktivatorer og opløsningsmidler, der kræves. Nu, en ny artikel fra University of the Basker Country (UPV/EHU), i samarbejde med López -gruppen ved Institute of Chemical Research of Catalonia (ICIQ) og RTI International, viser et mere bæredygtigt alternativ via metal-organiske rammer (MOF'er), en familie af porøse materialer dannet af metalliske knuder forbundet via organiske ligander.

Forskerne demonstrerer, at skræddersyede MOF'er under kondensationsregimer katalyserer ethylen-dimeriseringen til 1-buten med høj selektivitet og stabilitet i fravær af aktivatorer og opløsningsmiddel. Forskningen, udgivet i Naturkommunikation , åbner nye muligheder for at udvikle robuste heterogene katalysatorer til en lang række gasfasereaktioner.

Forskerne konstruerede defekter i MOF (Ru) HKUST-1 uden at gå på kompromis med rammestrukturen via to strategier:en konventionel ligandudvekslingsmetode under MOF-syntese, og en banebrydende postsyntetisk termisk tilgang. Forskerne karakteriserede derefter fejlene, der har vist sig at være katalytisk aktive til ethylen -dimerisering.

Takket være beregningsressourcerne i Barcelona Supercomputing Center (BSC), forskerne var i stand til at simulere realistiske MOF -systemer til at karakterisere defekterne og beregne reaktionsmekanismen. De fandt ud af, at umættede metalcentre forårsaget af defekter driver aktivitet, mens nodens bimetalliske karakter styrer selektiviteten. Efter at have testet systemets katalytiske ydeevne, de forbedrede derefter katalysatorens genanvendelighed og robusthed gennem en afgørende betingelse:kondensering inden for huset.

Produktion af 1-buten via ethylen-dimerisering sker i gasfasen. Når reaktionen sker ved lavt reaktantryk, nogle katalytiske steder deaktiveres på grund af koordinering af oligomerer. Men når trykket stiger, reaktantmolekylerne kan kondensere inde i materialets porer. En sådan koncentrationseffekt undgår deaktivering og forbedrer dermed katalysatorens stabilitet.

De næste trin i projektet vil indebære brugen af ​​MOF-katalysatorer baseret på overgangsmetaller i første række samt anvendelse af den nye kondensationsstrategi for intrapore på andre gasfasereaktioner.