Afsætning af jernarter inde i ZSM-5 for at oxidere cyclohexan til cyclohexanon

Den direkte katalytiske oxidation af alkaner har høj atomøkonomi og anvendelsesværdi til dannelse af tilsvarende kemiske organiske produkter, såsom alkoholer, aldehyder, ketoner og carboxylsyre. Det er udfordrende at opnå effektiv og selektiv oxidation af alkaner under milde betingelser på grund af alkanernes inerte C-H-bindinger.

Mange forskere har udviklet en række understøttede jernbaserede katalysatorer for at simulere den biologiske alkanbiomonooxygenase med jerncenteratomer. Imidlertid, traditionelle metoder, såsom imprægneringsmetode, ionbytningsmetode, etc., er vanskelige at kontrollere dispergeringen og aflejringspositionen af ​​jernarter på katalysatorbæreren.

Generelt, jernarter kan let erstatte H ⁺ af Brønsted syreområder for at reducere antallet af Brønsted syre steder, og mange typer jernarter vil blive dannet på andre forskellige potentielle steder i ZSM-5 (Lewis-syre-steder og defektsteder, etc.). Sameksistensen af ​​flere aktive centre på katalysatoren er en af ​​hovedårsagerne til den lave selektivitet.

Atomic lag deposition (ALD) er en avanceret tyndfilmteknologi ved enkeltlags kemisorption og reaktion af dampforstadier på overfladen af ​​substrater med atomær og molekylær kontrolpræcision.

For nylig, Dr. Bin Zhang og kolleger i Institute of Coal Chemistry, Det Kinesiske Videnskabsakademi, rapportere en generel strategi til selektivt at deponere høj-dispergerede Fe-arter i mikroporer i ZSM-5 for at fremstille FeOx/ZSM-5-katalysatorer.

De opnåede FeOx/ZSM-5-katalysatorer udfører høj selektivitet af cyclohexanon (92%-97%), og katalysatoraktiviteten er signifikant højere end de for de jernbaserede katalysatorer, der er rapporteret i litteraturen. Ferrocen (Fe (Cp) 2) bruges som en forløber for aflejringen, da dens kinetiske diameter er mindre end porestørrelsen for ZSM-5. Rammerne for ZSM-5 og Brønsted-syreområderne er intakte under ALD, og Fe-arterne deponeres selektivt på defekten og Lewis-syresites i ZSM-5. Indlæsning, størrelse og overfladeelektronisk tilstand af FeOx -arter kan styres præcist ved blot at ændre ALD -cykler. Fe-indholdet i FeOx/ZSM-5-katalysatoren stiger lineært med stigningen i ALD-cyklusser. Fe-O-Si-bindinger dannes dominerende over FeOx/ZSM-5 med en lav belastning af Fe, mens FeOx -nanopartikler genereres ved en høj Fe -belastning. Sammenlignet med FeOx nanopartikler, Fe-O-Si-arten udfører højere omsætningsfrekvens og stabilitet i oxidationsreaktionen.