På grund av deras maximala atomutnyttjandeeffektivitet och unika katalytiska egenskaper, single-atom catalysts (SAC) har väckt intensiva intressen de senaste åren. Dock, de flesta av de rapporterade SAC:erna är begränsade till aktiva komponenter på en plats, med sällsynta rapporter om katalysatorpromotorer i sina enskilda former. Eftersom promotorer är viktiga komponenter i många industriella katalysatorer, utforskningen av framställningen av promotorer på en plats bör vara av stort intresse för katalys, både inom grundforskning och tillämpningsforskning. Liknar SAC, dessa enstaka promotorer har strukturell enkelhet och homogenitet, och dess synergistiska effekt på den katalytiska reaktionen bör vara unik men ändå klargöras.

I en nyligen publicerad artikel i Beijing-baserade National Science Review , forskare vid General Research Institute for Nonferrous Metal (GRINM) i Peking, Kina, GRIPM Advanced Materials Co., Ltd. I Peking, Kina och Institute of Process Engineering, kinesiska vetenskapsakademin i Peking, Kina, har konstruerat och syntetiserat atomiskt dispergerade co-promotorer av Sn och Zn på CuO-ytan. Som visat, denna katalysator uppvisade avsevärt förbättrad gynnsam effekt i den industriellt viktiga Rochow-reaktionen för dimetyldiklorsilansyntes. Också, för första gången, den synergistiska marknadsföringsmekanismen har också avslöjats.

Författarna använde en lätt hydrotermisk metod för att syntetisera Sn ₁ /CuO med ett stort antal yta Cu-vakanser. Vidare, de undersökte strukturen för den nya katalysatorn med olika karaktäriseringsmetoder och bevisade framgångsrik uppladdning av de två promotorerna på en plats. XPS-data gav direkta bevis för att det finns en stark interaktion mellan Sn- och Zn-atomer. "Efter inkorporering med Zn-atomer, bindningsenergin för Cu 2p3/2-toppen skiftar till en sida med lägre energi i jämförelse med den för CuO, och detta skift observeras uppenbarligen i 0.1Zn ₁ -Sn ₁ /CuO, indikerar en ökning av elektrontätheten på Cu-atomerna med samexistensen av Sn- och Zn-atomer, " säger de. Direkta experimentella resultat visade att dessa defekta platser genererade genom att införliva single-site Sn ytterligare kunde stabilisera single-site Zn (se nedanstående figur). "Density functional theory (DFT) beräkningar visar också att på Sn-dopad CuO(110) ) yta, bildningsenergin för Cu-vakans är 0,78 eV lägre än den för ren CuO(110), vilket indikerar att det är lättare att bilda Cu-vakanser i den Sn-dopade ytan, ", tillägger de. Beräkningsresultaten stöder också att Zn föredrar att fylla i de närliggande Cu-vakanserna orsakade av Sn-dopning för att bilda Sn-Zn-par.

Jämförelse med konventionella katalysatorer med promotorer i form av nanopartiklar, denna roman Zn ₁ -Sn ₁ /CuO-katalysator har mycket högre aktivitet, selektivitet, och stabilitet i syntesen av dimetyldiklorsilan via den industriellt viktiga Rochow-reaktionen. Den förbättrade katalytiska prestandan tillskrivs den synergistiska interaktionen mellan Sn- och Zn-sampromotorer på en plats, vilket leder till förändringen i den elektroniska strukturen för CuO och därmed främjar adsorptionen av reaktantmolekyler.

"Dessa enstaka promotorer hjälper inte bara till att belysa deras verkliga marknadsföringsmekanism i katalytisk reaktion, men också öppna en ny väg för att optimera katalysatorprestanda, " säger de i en artikel med titeln "Enatomiga Sn-Zn-par i CuO-katalysator främjar dimetyldiklorsilansyntes."

Detta arbete fick stöd av Dr Wenxin Chen vid Beijing Institute of Technology, Kina; Prof. Jianmin Ma vid Hunan University, Kina; Prof. Ziyi Zhong i Guangdong Technion Israel Institute of Technology (GTIIT), Kina; och professor Yadong Li vid Tsinghua University, Kina.

"Detta arbete ger en ny förståelse för den synergistiska effekten mellan olika promotorer och kommer att erbjuda vägar till utformningen av nya co-promotorer i katalysatorer för industriella reaktioner, " de tror.