(A) immagine AC HAADF-STEM di Sn1/CuO, (B) AC HAADF-STEM e (C) HAADF-STEM immagini e le corrispondenti mappature EDS di 0.1Zn1-Sn1/CuO. I punti luminosi contrassegnati con i cerchi rossi nelle immagini A e B indicano il singolo atomo. Credito:©Science China Press
A causa della loro massima efficienza di utilizzo dell'atomo e delle proprietà catalitiche uniche, i catalizzatori a singolo atomo (SAC) hanno suscitato intensi interessi negli ultimi anni. Però, la maggior parte delle SAC segnalate è limitata a componenti attivi a sito singolo, con rari rapporti sui promotori di catalizzatori nelle loro singole forme. Poiché i promotori sono componenti essenziali in molti catalizzatori industriali, l'esplorazione della preparazione di promotori a sito singolo dovrebbe essere di grande interesse nella catalisi, sia nei fondamenti che nella ricerca applicativa. Simile alle SAC, questi promotori a sito singolo hanno semplicità strutturale e omogeneità, e il suo effetto sinergico sulla reazione catalitica dovrebbe essere unico ma ancora chiarito.
In un recente articolo pubblicato sulla rivista con sede a Pechino Rassegna scientifica nazionale , scienziati dell'Istituto di ricerca generale per i metalli non ferrosi (GRINM) di Pechino, Cina, GRIPM Advanced Materials Co., Ltd. A Pechino, Cina e Istituto di ingegneria dei processi, Accademia cinese delle scienze a Pechino, Cina, hanno progettato e sintetizzato co-promotori atomicamente dispersi di Sn e Zn sulla superficie di CuO. Come dimostrato, questo catalizzatore ha mostrato un effetto promotore notevolmente potenziato nella reazione di Rochow di importanza industriale per la sintesi del dimetildiclorosilano. Anche, per la prima volta, è stato inoltre svelato il meccanismo di promozione sinergica.
Gli autori hanno impiegato un facile metodo idrotermale per sintetizzare Sn 1 /CuO con un gran numero di posti vacanti Cu di superficie. Per di più, hanno studiato la struttura di questo nuovo catalizzatore utilizzando vari metodi di caratterizzazione e hanno dimostrato il successo del caricamento dei due promotori a sito singolo. I dati XPS hanno fornito prove dirette dell'esistenza di una forte interazione tra gli atomi di Sn e Zn. "Dopo l'incorporazione con atomi di Zn, l'energia di legame del picco Cu 2p3/2 si sposta verso un lato a energia inferiore rispetto a quello di CuO, e questo spostamento si osserva ovviamente in 0.1Zn 1 -Sn 1 /CuO, indicando un aumento della densità elettronica sugli atomi di Cu con la coesistenza di atomi di Sn e Zn, " affermano. Risultati sperimentali diretti hanno mostrato che questi siti di difetto generati incorporando Sn a sito singolo potrebbero stabilizzare ulteriormente Zn a sito singolo (vedi figura sotto). "I calcoli della teoria del funzionale della densità (DFT) mostrano anche che su CuO drogato con Sn (110 ) superficie, l'energia di formazione della vacanza Cu è 0,78 eV inferiore a quella del CuO pulito (110), il che indica che è più facile formare posti vacanti di Cu nella superficie drogata con Sn, " aggiungono. I risultati del calcolo supportano anche che Zn preferisce riempire i posti vacanti di Cu vicini causati dal doping di Sn per formare coppie Sn-Zn.
Confrontando i catalizzatori convenzionali con promotori sotto forma di nanoparticelle, questo romanzo Zn 1 -Sn 1 Il catalizzatore /CuO ha un'attività molto più elevata, selettività, e stabilità nella sintesi di dimetildiclorosilano tramite la reazione di Rochow di importanza industriale. L'aumento delle prestazioni catalitiche è attribuito all'interazione sinergica tra i co-promotori Sn e Zn del singolo sito, che porta al cambiamento nella struttura elettronica di CuO e quindi favorisce l'adsorbimento delle molecole reagenti.
"Questi promotori a sito singolo non solo aiutano a chiarire il loro vero meccanismo di promozione nella reazione catalitica, ma anche aprire un nuovo percorso per ottimizzare le prestazioni del catalizzatore, " affermano in un articolo intitolato "Le coppie Sn-Zn a singolo atomo nel catalizzatore CuO promuovono la sintesi del dimetildiclorosilano".
Questo lavoro ha ottenuto il supporto del Dr. Wenxin Chen presso l'Istituto di tecnologia di Pechino, Cina; Prof. Jianmin Ma presso l'Università di Hunan, Cina; Prof. Ziyi Zhong nel Guangdong Technion Israel Institute of Technology (GTIIT), Cina; e il Prof. Yadong Li dell'Università Tsinghua, Cina.
"Questo lavoro fornisce una nuova comprensione dell'effetto sinergico tra vari promotori e offrirà strade per la progettazione di nuovi co-promotori in catalizzatori per reazioni industriali, " loro credono.
