L'oxydation directement catalytique des alcanes a une économie atomique élevée et une valeur d'application pour former des produits organiques chimiques correspondants tels que des alcools, aldéhydes, cétones et acide carboxylique. Il est difficile d'obtenir une oxydation efficace et sélective des alcanes dans des conditions douces en raison des liaisons C-H inertes des alcanes.

De nombreux chercheurs ont développé une série de catalyseurs à base de fer supportés pour simuler la monooxygénase biologique alcane avec des atomes centraux de fer. Cependant, méthodes traditionnelles, comme la méthode d'imprégnation, méthode d'échange d'ions, etc., sont difficiles à contrôler la dispersion et la position de dépôt des espèces de fer sur le support du catalyseur.

Généralement, les espèces de fer peuvent facilement remplacer le H ⁺ de sites acides de Brnsted pour réduire le nombre de sites acides de Brønsted, et de nombreux types d'espèces de fer se formeront sur d'autres sites potentiels différents de la ZSM-5 (sites acides de Lewis et sites défectueux, etc.). La coexistence de plusieurs centres actifs sur le catalyseur est l'une des principales raisons de la faible sélectivité.

Le dépôt de couche atomique (ALD) est une technologie avancée de couche mince par chimisorption monocouche et réaction de précurseurs de vapeur à la surface de substrats avec une précision de contrôle atomique et moléculaire.

Récemment, Dr Bin Zhang et ses collègues de l'Institut de chimie du charbon, Académie chinoise des sciences, rapportent une stratégie générale pour déposer sélectivement des espèces de Fe hautement dispersées dans les micropores de ZSM-5 pour préparer des catalyseurs FeOx/ZSM-5.

Les catalyseurs FeOx/ZSM-5 obtenus présentent une sélectivité élevée en cyclohexanone (92%-97%), et l'activité du catalyseur est significativement plus élevée que celles des catalyseurs à base de fer rapportés dans la littérature. Le ferrocène (Fe(Cp)2) est utilisé comme précurseur pour le dépôt car son diamètre cinétique est inférieur à la taille des pores de la ZSM-5. Le cadre de ZSM-5 et les sites acides de Brønsted sont intacts pendant l'ALD, et les espèces Fe sont déposées sélectivement sur le défaut et les sites acides de Lewis de ZSM-5. Le chargement, la taille et l'état électronique de surface des espèces FeOx peuvent être contrôlés avec précision en changeant simplement les cycles ALD. La teneur en Fe dans le catalyseur FeOx/ZSM-5 augmente linéairement avec l'augmentation des cycles ALD. Les liaisons Fe-O-Si sont principalement formées sur FeOx/ZSM-5 avec une faible charge de Fe, tandis que les nanoparticules FeOx sont générées à une charge élevée en Fe. Par rapport aux nanoparticules FeOx, l'espèce Fe-O-Si présente une fréquence de renouvellement et une stabilité plus élevées dans la réaction d'oxydation.