Los iones de cobre forman complejos con el monómero de grafdiino (HEB) para formar complejos de cobre-alquino. Durante el proceso de acoplamiento de monómeros, los iones de cobre son reducidos y anclados por graphdiyne. Crédito:Science China Press
Para los catalizadores de un solo átomo (SAC), los soportes del catalizador no solo son anclas para los átomos individuales, sino también moduladores de estructuras geométricas y electrónicas, lo que tiene un impacto importante en el rendimiento catalítico. Seleccionar un soporte adecuado para preparar SAC con entornos de coordinación uniformes es fundamental para lograr un rendimiento óptimo y aclarar la relación entre la estructura y la propiedad de SAC.
Graphdiyne (GDY), un nuevo alótropo de carbono periódico bidimensional con una capa de un átomo de espesor, que fue sintetizado por primera vez por el profesor Yuliang Li en ICCAS, China, está compuesto de átomos de carbono con hibridación sp en diacetilénico y sp 2 -átomos de carbono hibridados en anillos de benceno. La estructura única rica en alquinos de GDY lo convierte en un soporte ideal para anclar átomos individuales debido a los poros distribuidos uniformemente y las grandes energías de unión a los átomos metálicos a través de la fuerte interacción d-π. Aprovechando las caracterizaciones anteriores de GDY, el Dr. Changyan Cao y el Dr. Feng He de ICCAS presentan una estrategia simple y eficiente para fabricar átomos individuales de Cu anclados en GDY (Cu1 /GDY) con uniforme Cu1 -(sp)C4 sitios individuales en condiciones suaves.
Mediante el uso de la espectroscopia de absorción de rayos X de radiación sincrotrón, la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X y el cálculo de la teoría funcional de la densidad (DFT), se demuestra que Cu δ + (0 <δ <1) los átomos están anclados en GDY en Cu1 -(sp)C4 entorno de coordinación. Cu1 /GDY demostró un excelente rendimiento catalítico para la oxidación de benceno a fenol usando H2 O2 . La frecuencia de rotación calculada (TOF) es de aproximadamente 251 h − 1 a temperatura ambiente y 1889 h − 1 a 60 °C, que es significativamente más alto que los catalizadores informados anteriormente en las mismas condiciones de reacción.
Además, incluso con una alta conversión de benceno del 86 %, se mantiene una alta selectividad de fenol (96 %), que se puede atribuir a la naturaleza hidrófoba y oleófila de la superficie del Cu1. /GDY para adsorción de benceno y desorción de fenol. La espectroscopia de absorción de rayos X de sincrotrón, la espectroscopia de absorción infrarroja por transformada de Fourier y la teoría funcional de la densidad muestran que el Cu1 -C4 el sitio activo puede activar más eficazmente H2 O2 para formar el enlace Cu=O, que es un importante intermediario activo para la oxidación del benceno a fenol. La mayor actividad intrínseca de Cu1 /GDY en comparación con otros Cu SAC con estructuras de coordinación de nitrógeno se aclara mediante los cálculos DFT del centro de la banda Cu-3d.
Este trabajo no solo presenta una ruta eficiente para fabricar SAC de metal soportados por GDY con metal-C4 uniforme pero también proporciona un catalizador de hidroxilación de benceno prometedor para la producción de fenol con H2 O2 .
a) Espectros XANES de borde K de Cu de Cu1 /GDY y muestras de referencia; b) función χ(k) ponderada k3 transformada de Fourier (FT) de los espectros EXAFS para Cu K-edge; c) Curvas de conversión y selectividad vs tiempo de reacción de Cu1 /GDY para oxidación de benceno a fenol con H2 O2; d) Comparación TOF de Cu1 /GDY y otros SAC metálicos. Crédito:Science China Press
La investigación fue publicada en National Science Review . Procesos catalíticos mejorados para la síntesis de fenol
