Les catalyseurs métalliques supportés à structure creuse (c'est-à-dire les catalyseurs de nanoréacteur) avec des sites actifs encapsulés et des coques bien définies constituent un endroit idéal pour que plusieurs composants réagissent ou se transforment de manière coopérative et ordonnée, et ont été reconnus efficacement comme l'un des candidats catalyseurs les plus populaires.
Bien que l'enrichissement en réactifs ait été proposé en étudiant la relation entre les performances catalytiques et la structure des nanoréacteurs au niveau nanométrique, l'étude de l'effet d'enrichissement à l'échelle méso (500-2000 nm) n'est toujours pas suffisamment complète. La construction de modèles de nanoréacteur avec des métaux actifs à l'intérieur et à l'extérieur de la nanostructure creuse via différentes méthodes ou séquences de synthèse aura inévitablement un impact sur le microenvironnement autour des sites actifs, ainsi que sur les sites actifs essentiels.
De plus, l’enrichissement en réactifs au niveau méso-échelle implique de nombreux processus tels que l’adsorption et la diffusion, qui ne peuvent pas être élaborés en construisant des modèles informatiques simples au niveau nanométrique. Par conséquent, l'étude de l'enrichissement en réactifs au niveau méso-échelle nécessite de maintenir constants les sites actifs intrinsèques lors de la construction du modèle de recherche, avec ou sans comportement d'enrichissement.
Dans un nouvel article de recherche publié dans National Science Review , des scientifiques de l'Institut de physique chimique de Dalian (DICP), de l'Université de l'Académie chinoise des sciences, de l'Université de technologie de Taiyuan, de l'Université de Surrey et de l'Université de Mongolie intérieure présentent un nouveau catalyseur de nanoréacteur (Pt NPs@MnOx ) avec des nanoparticules de platine uniformément dispersées encapsulées dans un MnOx riche en lacunes en oxygène structure creuse pour catalyser l'hydrogénation sélective du CAL et étudier l'enrichissement en réactifs au niveau méso-échelle.
Les performances catalytiques pour l'hydrogénation sélective CAL sur Pt NPs@MnOx est 3,4 fois supérieure à celle du Pt NPs&MnOx , qui est physiquement écrasé dans une structure ouverte. Les mesures UV-vis, FTIR in situ et IGA démontrent que le MnOx creux coque de Pt NPs@MnOx conduit à une utilisation plus élevée de CAL.
Le mécanisme à l’origine de ce phénomène peut comprendre deux étapes. Comme la structure creuse crée un espace confiné, les réactifs externes diffuseraient continuellement à l'intérieur de la structure creuse dans une direction dirigée par le gradient de concentration et/ou l'effet de type capillaire (étape 1).
Ensuite, ces réactifs sont fixés sur la surface interne par adsorption pour maintenir la faible concentration locale dans l'espace confiné. En revanche, Pt NPs&MnOx ne pouvait pas supporter ce processus de diffusion directionnelle. De plus, les résultats DFT révèlent que CAL est plus fortement adsorbé à la surface du Pt NPs@MnOx que Pt NPs&MnOx sous excès de réactifs (étape 2).
H2 -Les résultats de simulation TPR–MS et éléments finis démontrent également que le Pt NPs@MnOx Le nanoréacteur crée un espace stable avec une concentration élevée et un faible débit pour empêcher la fuite des réactifs (hydrogène dissocié). Il est donc clair que l'enrichissement en réactif est dérivé de la diffusion directionnelle du réactif entraînée par un gradient de concentration local et d'une quantité accrue de réactif adsorbée en raison de la capacité d'adsorption améliorée dans le MnOx creux. .
Le Pt NPs@MnOx Le catalyseur présente des activités catalytiques et une sélectivité extrêmement élevées dans une large gamme de pressions de réaction. Une conversion de 95% avec une sélectivité COL de 95% est obtenue sur Pt NPs@MnOx à seulement 0,5 MPa H2 et 40 minutes, ce qui est une condition relativement douce par rapport à la plupart des systèmes catalytiques signalés.
En combinant les résultats expérimentaux avec les calculs de la théorie fonctionnelle de la densité, la sélectivité supérieure de l'alcool cinnamylique (COL) provient de l'adsorption sélective du CAL et de la formation et de la désorption rapides du COL dans le MnOx coquille. De plus, le vide creux induit un comportement d'enrichissement en réactif, améliorant ainsi l'activité de réaction.
Ces découvertes offrent la possibilité d'améliorer les performances catalytiques au niveau méso-échelle en concevant un nanoréacteur rationnel, plutôt que de réduire la taille des particules métalliques ou de les modifier avec des hétéroatomes ou des ligands au niveau nanométrique.
Plus d'informations : Yanfu Ma et al, Enrichissement en réactifs dans le vide creux des nanoréacteurs Pt NPs@MnOx pour améliorer les performances d'hydrogénation, National Science Review (2023). DOI : 10.1093/nsr/nwad201
Fourni par Science China Press
