Ensartede enkeltatomare steder forankret i grafdiyn til benzenhydroxylering til phenol

For enkeltatomkatalysatorer (SAC'er) er katalysatorunderstøtningerne ikke kun ankre for enkelte atomer, men også modulatorer til geometriske og elektroniske strukturer, hvilket har en vigtig indflydelse på den katalytiske ydeevne. At vælge en passende støtte til at forberede SAC'er med ensartede koordinationsmiljøer er afgørende for at opnå optimal ydeevne og afklare forholdet mellem strukturen og egenskaberne af SAC'er.

Graphdiyne (GDY), en ny todimensionel periodisk carbon-allotrop med et atom-tykt lag, som først blev syntetiseret af Prof. Yuliang Li i ICCAS, Kina, er sammensat af sp-hybridiserede carbonatomer i diacetylenic og sp ² -hybridiserede carbonatomer i benzenringe. Den unikke alkynrige struktur af GDY gør den til en ideel støtte til forankring af enkelte atomer på grund af de ensartet fordelte porer og store bindingsenergier til metalatomer via den stærke d-π interaktion. Dr. Changyan Cao og Dr. Feng He fra ICCAS drager fordel af ovenstående karakteriseringer af GDY og præsenterer en effektiv og enkel strategi til fremstilling af Cu-enkeltatomer forankret på GDY (Cu₁ /GDY) med ensartet Cu₁ -(sp)C₄ enkelte steder under milde forhold.

Ved at bruge synkrotronstråling røntgenabsorptionsspektroskopi, røntgenfotoelektronspektroskopi og densitet funktionel teori (DFT) beregning, er det bevist, at Cu ^{δ +} (0 <δ <1) atomer er forankret på GDY i Cu₁ -(sp)C₄ koordineringsmiljø. Cu₁ /GDY viste fremragende katalytisk ydeevne for benzenoxidation til phenol under anvendelse af H₂ O₂ . Den beregnede omsætningsfrekvens (TOF) er cirka 251 h ^{− 1} ved stuetemperatur og 1889 h ^{− 1} ved 60 °C, hvilket er væsentligt højere end tidligere rapporterede katalysatorer under de samme reaktionsbetingelser.

Desuden opretholdes høj phenolselektivitet (96%), selv med en høj benzenomdannelse på 86 %, hvilket kan tilskrives den hydrofobe og oleofile overfladekarakter af Cu₁ /GDY til benzenadsorption og phenoldesorption. Synkrotron røntgenabsorptionsspektroskopi, Fourier transform infrarød absorptionsspektroskopi og tæthedsfunktionel teori viser, at Cu₁ -C₄ aktiv side kan mere effektivt aktivere H₂ O₂ at danne Cu=O-binding, som er et vigtigt aktivt mellemprodukt til oxidation af benzen til phenol. Den iboende højere aktivitet af Cu₁ /GDY sammenlignet med andre Cu SAC'er med nitrogenkoordinationsstrukturer afklares af DFT-beregninger af Cu-3d båndcenter.

Dette arbejde præsenterer ikke kun en effektiv rute til fremstilling af GDY-understøttede metal-SAC'er med ensartet metal-C₄ centre, men giver også en lovende benzenhydroxyleringskatalysator til phenolproduktion med H₂ O₂ .

Forskningen blev offentliggjort i National Science Review . + Udforsk yderligere

Forbedrede katalytiske processer til syntese af phenol