Les ions cuivre sont complexés avec le monomère graphdiyne (HEB) pour former des complexes cuivre-alcyne. Au cours du processus de couplage monomère, les ions cuivre sont réduits et ancrés par graphdiyne. Crédit :Science China Press
Pour les catalyseurs à un seul atome (SAC), les supports de catalyseur ne sont pas seulement des ancres pour les atomes simples, mais aussi des modulateurs pour les structures géométriques et électroniques, ce qui a un impact important sur les performances catalytiques. La sélection d'un support approprié pour préparer les SAC avec des environnements de coordination uniformes est essentielle pour obtenir des performances optimales et clarifier la relation entre la structure et la propriété des SAC.
Graphdiyne (GDY), un nouvel allotrope de carbone périodique bidimensionnel avec une couche d'épaisseur atomique, qui a été synthétisé pour la première fois par le professeur Yuliang Li à l'ICCAS, en Chine, est composé d'atomes de carbone hybrides sp dans diacétylénique et sp 2 -atomes de carbone hybrides dans les cycles benzéniques. La structure unique riche en alcynes de GDY en fait un support idéal pour ancrer des atomes uniques en raison des pores uniformément répartis et des grandes énergies de liaison aux atomes métalliques via la forte interaction d-π. Profitant des caractérisations ci-dessus de GDY, le Dr Changyan Cao et le Dr Feng He de l'ICCAS présentent une stratégie efficace et simple pour fabriquer des atomes simples de Cu ancrés sur GDY (Cu1 /GDY) avec Cu1 uniforme -(sp)C4 sites uniques dans des conditions douces.
En utilisant la spectroscopie d'absorption des rayons X par rayonnement synchrotron, la spectroscopie des photoélectrons X et le calcul de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT), il est prouvé que Cu δ + (0 <δ <1) les atomes sont ancrés sur GDY dans Cu1 -(sp)C4 environnement de coordination. Cu1 /GDY a démontré d'excellentes performances catalytiques pour l'oxydation du benzène en phénol en utilisant H2 O2 . La fréquence de roulement calculée (TOF) est d'environ 251 h − 1 à température ambiante et 1889 h − 1 à 60 ° C, ce qui est nettement plus élevé que les catalyseurs précédemment signalés dans les mêmes conditions de réaction.
De plus, même avec une conversion élevée du benzène de 86 %, une sélectivité élevée en phénol (96 %) est maintenue, ce qui peut être attribué à la nature de surface hydrophobe et oléophile de Cu1 /GDY pour l'adsorption du benzène et la désorption du phénol. La spectroscopie d'absorption des rayons X synchrotron, la spectroscopie d'absorption infrarouge à transformée de Fourier et la théorie de la fonctionnelle de la densité montrent que le Cu1 -C4 le site actif peut activer plus efficacement H2 O2 pour former une liaison Cu=O, qui est un intermédiaire actif important pour l'oxydation du benzène en phénol. L'activité supérieure intrinsèque de Cu1 /GDY comparé à d'autres SAC en Cu avec des structures de coordination de l'azote est clarifié par les calculs DFT du centre de la bande Cu-3d.
Ce travail présente non seulement une voie efficace pour fabriquer des SAC métalliques supportés par GDY avec un métal-C4 uniforme centres, mais fournit également un catalyseur prometteur d'hydroxylation du benzène pour la production de phénol avec H2 O2 .
a) Spectres XANES Cu K-edge de Cu1 /GDY et échantillons de référence ; b) Fonction χ(k) pondérée en k3 transformée de Fourier (FT) des spectres EXAFS pour Cu K-edge ; c) Courbes de conversion et de sélectivité en fonction du temps de réaction de Cu1 /GDY pour l'oxydation du benzène en phénol avec H2 O2; d) Comparaison TOF de Cu1 /GDY et autres SAC métalliques. Crédit :Science China Press
La recherche a été publiée dans National Science Review . Amélioration des procédés catalytiques pour la synthèse du phénol
