En av de två isomererna av [IrC4 H2 ] + aktiverar bara metan medan den andra enbart är reaktiv med vatten för att producera CO. Kredit:Science China Press
Denna studie leddes av Prof. Shaodong Zhou (College of Chemical and Biological Engineering, Zhejiang University) och Prof. Xiao-Nan Wu (Department of Chemistry, Fudan University). Experimenten utfördes med hjälp av en jonfälla-masspektrometer utrustad med en laservaporisation-supersonisk expansionjon kombinerad med kvantkemiska beräkningar.
Intressant nog, under de använda betingelserna två isomerer av [IrC4 H2 ] + samexistera med olika reaktiviteter, en av dem aktiverar bara metan medan den andra enbart är reaktiv med vatten för att producera CO. Uppenbarligen, genom att variera koordinationsmönstren, får Ir-centret ganska distinkta möjligheter att mediera bindningsbrytningen och skapa processer. Reaktiviteten mot metan beror huvudsakligen på orbitalorienteringen, medan π-aromaticiteten hos reaktionskomplexet har betydelse för omvandlingen av vatten.
"På grund av den komplexa ytstrukturen och sammansättningen av katalysatorer är det av stor betydelse att korrelera det aktiva centrets elektroniska struktur med dess reaktiviteter. Som en idealisk modell för att studera reaktionsmekanismen på strikt molekylär nivå, kan gasfasreaktionen utföras under förhållanden som utesluter störningar från den yttre miljön och är väl repeterbara. I kombination med kvantkemiska beräkningar kan det hjälpa oss att på djupet förstå reaktionsmekanismen och implementera den rationella designen av högpresterande katalysatorer," säger Zhou.
Ett fåtal implikationer framkommer därför för att utforma en Ir-katalysator för ångreformering av metan:1) fler elektronhål förväntas på d-banorna (sannolikt inducerade av lokal polarisation) för den initiala H3s skull. CH-aktivering; 2) i interaktionen mellan Ir-centret och CH4 /H2 O-molekyl, en ökning av den lokala aromaticiteten ogynnsammar ytterligare transformation, medan en ökning av den lokala anti-aromaticiteten är indikativ för ytterligare bindningsaktivering; ökningen av både aromaticiteten och antiaromaticiteten kan vara mer uppenbar för vatten.
Forskningen publicerades i Science China Chemistry . + Utforska vidare
