(A) Imagen AC HAADF-STEM de Sn1 / CuO, Imágenes (B) AC HAADF-STEM y (C) HAADF-STEM, así como las correspondientes asignaciones EDS de 0,1Zn1-Sn1 / CuO. Los puntos brillantes marcados con círculos rojos en las imágenes A y B indican un solo átomo. Crédito:© Science China Press
Debido a su máxima eficiencia de utilización de átomos y propiedades catalíticas únicas, Los catalizadores de un solo átomo (SAC) han despertado un gran interés en los últimos años. Sin embargo, la mayoría de los SAC notificados se limitan a componentes activos de un solo sitio, con informes raros sobre promotores de catalizadores en sus formas únicas. Debido a que los promotores son componentes esenciales en muchos catalizadores industriales, la exploración de la preparación de promotores de un solo sitio debe ser de gran interés en la catálisis, tanto en los fundamentos como en la investigación de aplicaciones. Similar a los SAC, Estos promotores de ubicación única tienen simplicidad y homogeneidad estructural, y su efecto sinérgico sobre la reacción catalítica debería ser único pero aún aclarado.
En un artículo reciente publicado en Beijing, Revista Nacional de Ciencias , científicos del Instituto de Investigación General de Metales No Ferrosos (GRINM) en Beijing, Porcelana, GRIPM Advanced Materials Co., Ltd. En Beijing, China y el Instituto de Ingeniería de Procesos, Academia de Ciencias de China en Beijing, Porcelana, han diseñado y sintetizado co-promotores dispersos atómicamente de Sn y Zn en la superficie de CuO. Como se demostró, este catalizador exhibió un efecto promotor muy mejorado en la reacción de Rochow de importancia industrial para la síntesis de dimetildiclorosilano. También, por primera vez, También se ha revelado el mecanismo de promoción sinérgico.
Los autores emplearon un método hidrotermal fácil para sintetizar Sn 1 / CuO con gran cantidad de vacantes de Cu superficial. Es más, investigaron la estructura de este nuevo catalizador empleando varios métodos de caracterización y demostraron la carga exitosa de los dos promotores de un solo sitio. Los datos de XPS proporcionaron evidencia directa de que existe una fuerte interacción entre los átomos de Sn y Zn. "Después de la incorporación con átomos de Zn, la energía de enlace del pico de Cu 2p3 / 2 se desplaza hacia un lado de menor energía en comparación con el de CuO, y este cambio se observa obviamente en 0.1Zn 1 -Sn 1 / CuO, indicando un aumento de la densidad electrónica en los átomos de Cu con la coexistencia de átomos de Sn y Zn, "afirman. Los resultados experimentales directos mostraron que estos sitios de defectos generados mediante la incorporación de Sn de un solo sitio podrían estabilizar aún más el Zn de un solo sitio (ver la figura a continuación)". Los cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) también muestran que en CuO dopado con Sn (110 ) superficie, la energía de formación de la vacante de Cu es 0,78 eV menor que la del CuO limpio (110), lo que indica que es más fácil formar vacantes de Cu en la superficie dopada con Sn, ", agregan. Los resultados del cálculo también apoyan que Zn prefiere llenar las vacantes de Cu cercanas causadas por el dopaje de Sn para formar pares de Sn-Zn.
Comparando con los catalizadores convencionales con promotores en forma de nanopartículas, esta novela Zn 1 -Sn 1 / El catalizador de CuO tiene una actividad mucho mayor, selectividad, y estabilidad en la síntesis de dimetildiclorosilano a través de la importante reacción de Rochow. El rendimiento catalítico mejorado se atribuye a la interacción sinérgica entre los co-promotores de Sn y Zn de un solo sitio, lo que conduce al cambio en la estructura electrónica de CuO y, por lo tanto, promueve la adsorción de moléculas reactivas.
"Estos promotores de ubicación única no solo ayudan a dilucidar su mecanismo de promoción real en la reacción catalítica, pero también abre un nuevo camino para optimizar el rendimiento del catalizador, ", afirman en un artículo titulado" Los pares de Sn-Zn de un solo átomo en el catalizador de CuO promueven la síntesis de dimetildiclorosilano ".
Este trabajo obtuvo el apoyo del Dr. Wenxin Chen en el Instituto de Tecnología de Beijing, Porcelana; Prof. Jianmin Ma en la Universidad de Hunan, Porcelana; Prof. Ziyi Zhong en el Instituto de Tecnología de Guangdong Technion Israel (GTIIT), Porcelana; y el profesor Yadong Li en la Universidad de Tsinghua, Porcelana.
"Este trabajo proporciona una nueva comprensión del efecto sinérgico entre varios promotores y ofrecerá vías para el diseño de nuevos co-promotores en catalizadores para reacciones industriales, " ellos creen.
