En un estudio publicado en la revista National Science Review , se utilizó un material sintetizado por el Dr. Shen Yu para introducir hidroperóxido en el sistema de síntesis de silicatos de titanio.
Al principio, trató este material como muestra de referencia para otro proyecto y realizó pruebas de desulfuración oxidativa catalítica de este catalizador. Accidentalmente, descubrió que este catalizador eliminaba completamente todos los azufres tiofénicos en minutos, mucho más eficiente que el resto de catalizadores.
"Casi me convencí de que puede haber algún problema con mis operaciones", dice el Dr. Yu.
El supervisor Prof. Li-hua Chen y el Prof. Bao-Lian Su pensaron que se deberían llevar a cabo investigaciones sistemáticas para confirmar si había algunos sitios catalíticos especiales en este material. Además, el equipo utilizó una serie de técnicas de espectroscopía avanzadas para determinar los sitios activos en el interior. Descubrieron que un nuevo Ti hexacoordinado (TiO6 ) existían sitios en la superficie de los mesoporos.
Tal TiO6 los sitios eran asimétricos y estaban distribuidos individualmente, pudiendo acomodar moléculas invitadas voluminosas. Dado que las moléculas reactivas solo pueden acceder a la superficie del mesoporo y solo TiO6 Se pueden observar sitios en la superficie del mesoporo. Este equipo atribuyó el rendimiento superior de la desulfuración oxidativa catalítica al nuevo TiO6 sitios individuales.
"Estamos muy emocionados de localizar los sitios activos específicos, pero deberíamos descubrir por qué están tan activos", afirma el profesor Chen.
Por lo tanto, el Dr. Yu realizó cálculos teóricos para comprender mejor el mecanismo catalítico. Descubrió que dos grupos Ti-OH del TiO6 El sitio puede interactuar con el oxidante a través de una red de enlaces de hidrógeno adicional y conducir a una vía de reacción de baja energía. "Parecen dos viejos amigos que pueden cooperar fácilmente y realizar cualquier tarea", dice el Dr. Yu.
Para evidenciar que este material no era una situación ocasional, el Dr. Yu realizó investigaciones experimentales sistemáticas y caracterizaciones exhaustivas para revelar el mecanismo de formación de los sitios de Ti.
Se identificó un producto de hidrólisis único de TiOOH. TiOOH posee una capacidad de ionización que es 155 veces mayor que el producto de hidrólisis convencional de TiOH, lo que significa que una considerable cantidad de TiOO – formado y distribuido en la interfaz electrostática mediante interacción electrostática con micelas de tensioactivos cargadas positivamente.
Después de eliminar las micelas de surfactante, se formaron mesoporos y se ubicaron sitios de Ti en la superficie del mesoporo. En particular, este TiOO – sólo se puede transformar en TiO6 sitios. "Estos nuevos hallazgos definitivamente atraerán una gran atención para diseñar centros catalíticos altamente accesibles y activos en la interfaz para impulsar el desarrollo de la catálisis de interfaz", afirma el profesor Su.
La construcción precisa de sitios catalíticos es un gran desafío en el campo de la catálisis con el objetivo de maximizar la eficiencia catalítica de los catalizadores. La relación entre la estructura del sitio catalítico y el modelo de distribución con la reacción catalítica objetivo aún está bajo investigación.
Este trabajo proporciona un ejemplo típico de diseño preciso de la estructura y ubicación de sitios activos, lo que podría contribuir a la nueva era de la catálisis de interfaz con un consumo de energía minimizado y una alta eficiencia.
Más información: Shen Yu et al, Estructura de superficie de ingeniería de sitios únicos de TiO6 para una desulfuración oxidativa profunda sin precedentes, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae085
Proporcionado por Science China Press
