Både Sn- og Zn-enkeltatomer på CuO-katalysator fremmer synergistisk dimethyldichlorsilansyntese

På grund af deres maksimale atomudnyttelseseffektivitet og unikke katalytiske egenskaber, single-atom catalysts (SAC'er) har vakt intense interesser i de seneste år. Imidlertid, de fleste af de rapporterede SAC'er er begrænset til single-site aktive komponenter, med sjældne rapporter om katalysatorpromotorer i deres enkelte former. Fordi promotorer er væsentlige komponenter i mange industrielle katalysatorer, udforskningen af ​​fremstillingen af ​​single-site promotorer bør være af stor interesse i katalyse, både i fundamentals og anvendelsesforskning. I lighed med SAC'er, disse enkeltplacerede promotorer har strukturel enkelhed og homogenitet, og dens synergistiske virkning på den katalytiske reaktion bør være unik, men alligevel afklaret.

I en nylig artikel offentliggjort i Beijing-baserede National Science Review , forskere ved General Research Institute for Nonferrous Metal (GRINM) i Beijing, Kina, GRIPM Advanced Materials Co., Ltd. I Beijing, Kina og Institute of Process Engineering, det kinesiske videnskabsakademi i Beijing, Kina, har designet og syntetiseret atomisk spredte co-promotorer af Sn og Zn på CuO overfladen. Som vist, denne katalysator udviste stærkt forbedret fremmende virkning i den industrielt vigtige Rochow-reaktion til dimethyldichlorsilansyntese. Også, for første gang, den synergistiske fremmemekanisme er også blevet afsløret.

Forfatterne anvendte en let hydrotermisk metode til at syntetisere Sn ₁ /CuO med et stort antal overflade-Cu ledige stillinger. Desuden, de undersøgte strukturen af ​​denne nye katalysator ved at anvende forskellige karakteriseringsmetoder og beviste den vellykkede upload af de to single-site promotorer. XPS-dataene gav direkte bevis for, at der er en stærk interaktion mellem Sn- og Zn-atomer. "Efter inkorporering med Zn-atomer, bindingsenergien af ​​Cu 2p3/2-spidsen skifter til en side med lavere energi sammenlignet med den for CuO, og denne forskydning observeres tydeligvis i 0,1 Zn ₁ -Sn ₁ /CuO, hvilket indikerer en stigning i elektrontætheden på Cu-atomerne med sameksistensen af ​​Sn- og Zn-atomer, " siger de. Direkte eksperimentelle resultater viste, at disse defekte steder genereret ved at inkorporere single-site Sn yderligere kunne stabilisere single-site Zn (se figuren nedenfor). "Density functional theory (DFT) beregninger viser også, at på Sn-dopet CuO(110) ) overflade, dannelsesenergien for Cu-tomgang er 0,78 eV lavere end på den rene CuO(110), hvilket indikerer, at det er lettere at danne Cu-vacatures i den Sn-doterede overflade, " tilføjer de. Beregningsresultaterne understøtter også, at Zn foretrækker at udfylde de nærliggende Cu-stillinger forårsaget af Sn-doping for at danne Sn-Zn-par.

Sammenligning med de konventionelle katalysatorer med promotorer i form af nanopartikler, denne roman Zn ₁ -Sn ₁ /CuO-katalysator har meget højere aktivitet, selektivitet, og stabilitet i syntesen af ​​dimethyldichlorsilan via den industrielt vigtige Rochow-reaktion. Den forbedrede katalytiske ydeevne tilskrives den synergistiske interaktion mellem single-site Sn og Zn co-promotorer, hvilket fører til ændringen i den elektroniske struktur af CuO og dermed fremmer adsorptionen af ​​reaktantmolekyler.

"Disse enkeltplacerede promotorer hjælper ikke kun med at belyse deres virkelige forfremmelsesmekanisme i katalytisk reaktion, men også åbne op for en ny vej for at optimere katalysatorens ydeevne, " siger de i en artikel med titlen "Enkeltatoms Sn-Zn-par i CuO-katalysator fremmer dimethyldichlorsilansyntese."

Dette arbejde fik støtte fra Dr. Wenxin Chen i Beijing Institute of Technology, Kina; Prof. Jianmin Ma ved Hunan University, Kina; Prof. Ziyi Zhong i Guangdong Technion Israel Institute of Technology (GTIIT), Kina; og prof. Yadong Li ved Tsinghua University, Kina.

"Dette arbejde giver en ny forståelse af den synergistiske effekt mellem forskellige promotorer og vil tilbyde muligheder for design af nye co-promotorer i katalysatorer til industrielle reaktioner, " de tror.