Alkynhydrering på platinananopartiklar med aminbelagda (övre, röda) och kala ytor (nedre, grå) producerar alken och alkan, respektive.
Rollen för ytmodifiering av nanopartikelkatalysatorer i alkynhydreringsreaktioner undersöktes systematiskt av Center for Nanoscale Materials NanoBio Interfaces Group som arbetar med forskare inom Argonnes avdelningar för kemivetenskap och teknik och röntgenvetenskap. Teamet förklarar effekten av ytligander på selektiviteten och aktiviteten hos platina- och Co/Pt-nanopartiklar med hjälp av experimentella och beräkningsmetoder.
En avstämbar balans mellan adsorptionsenergin hos alkener vid ytan av nakna och täckta nanopartiklar definierar nanokatalysatorns selektivitet för alken i alkynhydreringsreaktion. Tillsats av primära alkylaminer till platina och CoPt 3 Nanopartikelkatalysatorer kan drastiskt öka selektiviteten för alken från 0 till mer än 90 % med cirka 99,9 % omvandling. Att öka den primära alkylamintäckningen på nanopartikelytan leder till en minskning av bindningsenergin hos oktener och eventuell konkurrens mellan okten och primära alkylaminer om adsorptionsställen. Vid tillräckligt hög täckning med primär alkylamin, alkylaminerna dominerar, vilket förhindrar ytterligare hydrering av alkener till alkaner. Primära aminer med olika längder av kolkedjor har liknande adsorptionsenergier på ytan av katalysatorer och, följaktligen, samma effekt på selektiviteten. När adsorptionsenergin för täckande ligander vid den katalytiska ytan är lägre än adsorptionsenergin för alkener, liganderna påverkar inte selektiviteten för hydrogenering av alkyn till alken. Å andra sidan, lockande ligander med adsorptionsenergier vid den katalytiska ytan högre än den för alkyn minskar dess aktivitet vilket resulterar i låg omvandling av alkyner.
Betydelsen av detta arbete är att katalysatorer med förbättrad selektivitet avsevärt kan minska mängden genererat kemiskt avfall. En tydlig förståelse av rollen av täckande ligander på kemiskt syntetiserade nanopartiklar medan de genomgår katalytiska reaktioner har hittills varit långt ifrån fullständig. Denna systematiska undersökning avslöjar rollen av ytmodifiering av nanokatalysator vid alkynhydrering.
