Forskere finder hidtil uset dyb oxidativ afsvovling med præcist designede Ti-steder

I en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet National Science Review , et materiale syntetiseret af Dr. Shen Yu blev brugt til at indføre hydroperoxid i syntesesystemet af titansilicater.

Først behandlede han dette materiale som en referenceprøve for et andet projekt og udførte katalytiske oxidative afsvovlingstests på denne katalysator. Ved et uheld fandt han ud af, at denne katalysator fuldstændigt fjernede alt thiophenisk svovl på få minutter, meget mere effektivt end alle de øvrige katalysatorer.

"Jeg overbeviste næsten mig selv om, at der kan være noget galt med mine operationer," siger Dr. Yu.

Vejlederen Prof. Li-hua Chen og Prof. Bao-Lian Su mente, at der skulle udføres systematiske undersøgelser for at bekræfte, om der var nogle specielle katalytiske steder i dette materiale. Holdet brugte yderligere en række avancerede spektroskopiteknikker til at bestemme de aktive steder indeni. De fandt ud af, at en ny hexa-koordineret Ti (TiO₆ ) steder eksisterede på overfladen af ​​mesoporerne.

Sådan TiO₆ steder var asymmetriske og enkeltfordelte, idet de var i stand til at rumme voluminøse gæstemolekyler. Da reaktantmolekyler kun kan få adgang til mesoporoverfladen og kun TiO₆ steder kan observeres på mesoporoverfladen. Dette hold tilskrev den overlegne katalytiske oxidative afsvovlingsydelse til den nye TiO₆ enkelte websteder.

"Vi er så spændte på at finde de specifikke aktive websteder, men vi bør finde ud af, hvorfor de er så aktive," siger professor Chen.

Dr. Yu udførte derfor teoretiske beregninger for yderligere indsigt i den katalytiske mekanisme. Han opdagede, at to Ti-OH-grupper af TiO₆ site kan interagere med oxidant via yderligere hydrogenbindingsnetværk og førte til en lavenergireaktionsvej. "De fremstår som to gamle venner, der nemt kan samarbejde og udføre enhver opgave," siger Dr. Yu.

For at bevise, at dette materiale ikke var en lejlighedsvis situation, udførte Dr. Yu systematiske eksperimentelle undersøgelser og grundige karakteriseringer for at afsløre dannelsesmekanismen for Ti-steder.

Et unikt hydrolyseprodukt af TiOOH blev identificeret. TiOOH har en ioniseringsevne, der er 155 gange højere end det konventionelle hydrolyseprodukt af TiOH, hvilket betyder, at betydelig TiOO ^– dannet og fordelt ved den elektrostatiske grænseflade via elektrostatisk interaktion med positivt ladede overfladeaktive miceller.

Efter fjernelse af de overfladeaktive miceller blev der dannet mesoporer, og Ti-steder blev placeret på mesoporoverfladen. Især denne TiOO ^– kan kun omdannes til TiO₆ websteder. "Disse nye resultater vil helt sikkert tiltrække massiv opmærksomhed for at designe meget tilgængelige, meget aktive katalytiske centre ved grænsefladen for at sætte skub i udviklingen af ​​grænsefladekatalyse," siger Prof. Su.

Den præcise konstruktion af katalytiske steder er en stor udfordring inden for katalyse, der sigter mod at maksimere den katalytiske effektivitet af katalysatorer. Forholdet mellem katalytisk stedstruktur og distributionsmodel med målkatalytisk reaktion er stadig under undersøgelse.

Dette arbejde giver et typisk eksempel på præcist at designe strukturen og placeringen af ​​aktive steder, hvilket kan bidrage til den nye æra af grænsefladekatalyse med minimeret energiforbrug og høj effektivitet.

Flere oplysninger: Shen Yu et al, Engineering overfladeramme TiO6 enkeltsteder til hidtil uset dyb oxidativ afsvovling, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae085

Leveret af Science China Press