I en studie publicerad i tidskriften National Science Review , ett material syntetiserat av Dr. Shen Yu användes för att införa hydroperoxid i syntessystemet av titansilikater.
Till en början behandlade han detta material som ett referensprov för ett annat projekt och genomförde katalytiska oxidativa avsvavlingstest på denna katalysator. Av misstag upptäckte han att denna katalysator helt avlägsnade allt tiofeniskt svavel på några minuter, mycket effektivare än alla övriga katalysatorer.
"Jag övertygade nästan mig själv om att det kan vara något fel med mina operationer", säger Dr. Yu.
Handledaren Prof. Li-hua Chen och Prof. Bao-Lian Su tyckte att systematiska undersökningar borde göras för att bekräfta om det fanns några speciella katalytiska platser i detta material. Teamet använde vidare en serie avancerade spektroskopitekniker för att bestämma de aktiva platserna inuti. De fann att en ny hexa-koordinerad Ti (TiO6 ) platser fanns på ytan av mesoporerna.
Sådan TiO6 platserna var asymmetriska och enskilt fördelade och kunde ta emot skrymmande gästmolekyler. Eftersom reaktantmolekyler bara kan komma åt mesoporytan och endast TiO6 platser kan observeras på mesoporytan. Detta team tillskrev den överlägsna katalytiska oxidativa avsvavlingsprestandan till den nya TiO6 enskilda webbplatser.
"Vi är så glada över att hitta de specifika aktiva webbplatserna men vi borde ta reda på varför de är så aktiva", säger professor Chen.
Dr Yu genomförde därför teoretiska beräkningar för ytterligare insikt i den katalytiska mekanismen. Han upptäckte att två Ti-OH-grupper av TiO6 plats kan interagera med oxidant via ytterligare vätebindningsnätverk och ledde till en reaktionsväg med låg energi. "De framstår som två gamla vänner som lätt kan samarbeta och utföra alla uppdrag", säger Dr. Yu.
För att bevisa att detta material inte var en tillfällig situation, utförde Dr. Yu systematiska experimentella undersökningar och grundliga karakteriseringar för att avslöja bildningsmekanismen för Ti-ställen.
En unik hydrolysprodukt av TiOOH identifierades. TiOOH har en joniseringsförmåga som är 155 gånger högre än den konventionella hydrolysprodukten av TiOH, vilket innebär att betydande TiOO – bildas och distribueras vid det elektrostatiska gränssnittet via elektrostatisk interaktion med positivt laddade ytaktiva miceller.
Efter avlägsnande av de ytaktiva micellerna bildades mesoporer och Ti-ställen lokaliserades på mesoporytan. Särskilt denna TiOO – kan endast omvandlas till TiO6 webbplatser. "Dessa nya rön kommer definitivt att väcka stor uppmärksamhet för att designa mycket tillgängliga, mycket aktiva katalytiska centra vid gränssnittet för att öka utvecklingen av gränssnittskatalys", säger Prof. Su.
Den exakta konstruktionen av katalytiska platser är en enorm utmaning inom området för katalys som syftar till att maximera den katalytiska effektiviteten hos katalysatorer. Förhållandet mellan katalytisk platsstruktur och distributionsmodell med målkatalytisk reaktion är fortfarande under utredning.
Detta arbete ger ett typiskt exempel på att exakt utforma strukturen och platsen för aktiva platser, vilket kan bidra till den nya eran av gränssnittskatalys med minimerad energiförbrukning och hög effektivitet.
Mer information: Shen Yu et al, Engineering ytramverk TiO6 enstaka platser för oöverträffad djup oxidativ avsvavling, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae085
Tillhandahålls av Science China Press
