Centimeterskaliga mesoporösa enkristallmonoliter med högdensitets Lewis-syraställen vid vriden yta och tydligt aktiva ställen ger förbättrad propandehydrering vid reducerad temperatur. Kredit:Prof. XIEs grupp
Yta/gränssnittsstruktur och katalytisk mekanism är av stor betydelse i många praktiska katalytiska reaktioner.
Porösa enkristaller som kombinerar en ordnad gitterstruktur och oordnade sammankopplade porer ger ett alternativ för att skapa vridna ytor med tydliga och högdensitetsaktiva platser i porösa mikrostrukturer. De presenterar fördelarna med tydlig gitterstruktur, exakt kemisk sammansättning och tydlig avslutningsyta, som visar en enorm potential att bygga kontinuerligt vriden och hög densitet aktiv ytstruktur.
I en studie publicerad i Angewandte Chemie International Edition , forskargruppen ledd av prof. Xie Kui från Fujian Institute of Research on the Structure of Matter av den kinesiska vetenskapsakademin växte porös enkristallin Mo 2 N- och MoN-monoliter i 2 cm skala för att förbättra icke-oxidativ propandehydrering till propen.
Skapandet av Lewis-syraställen med hög densitet vid den elektrondefekta ytan förbättrar effektivt den katalytiska aktiviteten vid reducerade temperaturer genom kontroll av de omättade Mo-N1/6- och Mo-N1/3-koordinationsstrukturerna.
Forskarna odlade först moder-enkristallerna av MoO 3 , tog sedan bort det periodiska målatomskiktet O i ammoniakatmosfär vid 650-700 grader C, och samtidigt nitrifierade och rekonstruerade ramstrukturen av metastabil Mo-O-enkristall till den mesoporösa Mo 2 N enkristall.
På samma sätt, de odlade porösa MoN-enkristaller genom att kontrollera temperaturen, flödeshastighet och tryck för ammoniakgas.
Dessutom, forskarna visualiserade den fina strukturen hos de vridna ytorna och den aktiva strukturen för den porösa enkristallen med kväve omättad koordination.
De fann att toppskiktet Mo-jon med omättade Mo-N1/6- och Mo-N1/3-koordinationsstrukturer skapar Lewis-syraställen med hög densitet vid ytan, leder till effektiv aktivering av CH-bindning utan översprickning av C-C-bindning under icke-oxidativ propandehydrering.
~11% av propanomvandlingen och ~95% av propenselektiviteten visades med porös enkelkristallin Mo 2 N- och MoN-monoliter vid 500 grader C utan att nedbrytning observeras även efter drift på 20 timmar.
Denna studie ger viktig referens för forskningen om ytstrukturen och den katalytiska mekanismen i faktiska katalytiska reaktioner.
