Pesquisadores encontram dessulfurização oxidativa profunda sem precedentes com locais de Ti projetados com precisão

Um método de engenharia da interface eletrostática usando um novo TiOOH como produto de hidrólise, que produz TiOO considerável^– interagir com micelas de surfactantes carregadas positivamente. A remoção de surfactantes resulta na formação de mesoporos e TiO₆ locais na superfície do mesoporo. Crédito:Science China Press

Em um estudo publicado na revista National Science Review , um material sintetizado pelo Dr. Shen Yu foi usado para introduzir hidroperóxido no sistema de síntese de silicatos de titânio.

A princípio, ele tratou esse material como amostra de referência para outro projeto e realizou testes de dessulfurização oxidativa catalítica nesse catalisador. Acidentalmente, ele descobriu que este catalisador removeu completamente todos os enxofres tiofênicos em minutos, muito mais eficiente do que todos os demais catalisadores.

“Quase me convenci de que pode haver algo errado com minhas operações”, diz o Dr. Yu.

O supervisor Prof. Li-hua Chen e o Prof. Bao-Lian Su pensaram que investigações sistemáticas deveriam ser realizadas para confirmar se havia alguns locais catalíticos especiais neste material. A equipe usou ainda uma série de técnicas avançadas de espectroscopia para determinar os sítios ativos internos. Eles descobriram que um novo Ti hexa-coordenado (TiO₆ ) existiam locais na superfície dos mesoporos.

Tal TiO₆ os sítios eram assimétricos e distribuídos individualmente, sendo capazes de acomodar moléculas hóspedes volumosas. Como as moléculas reagentes só podem acessar a superfície do mesoporo e apenas o TiO₆ locais podem ser observados na superfície do mesoporo. Esta equipe atribuiu o desempenho superior da dessulfurização oxidativa catalítica ao novo TiO₆ sites únicos.

“Estamos muito entusiasmados em localizar os locais ativos específicos, mas devemos descobrir por que eles são tão ativos”, diz o professor Chen.

Dr. Yu, portanto, conduziu cálculos teóricos para uma visão mais aprofundada do mecanismo catalítico. Ele descobriu que dois grupos Ti-OH do TiO₆ O local pode interagir com o oxidante através de uma rede adicional de ligações de hidrogênio e levar a uma via de reação de baixa energia. “Eles parecem dois velhos amigos que podem facilmente cooperar e realizar qualquer tarefa”, diz o Dr. Yu.

A fim de evidenciar que este material não era uma situação ocasional, o Dr. Yu realizou investigações experimentais sistemáticas e caracterizações completas para revelar o mecanismo de formação de sítios de Ti.

Um produto único de hidrólise de TiOOH foi identificado. O TiOOH possui uma capacidade de ionização 155 vezes maior que o produto de hidrólise convencional do TiOH, o que significa que uma quantidade considerável de TiOO^– formado e distribuído na interface eletrostática por meio de interação eletrostática com micelas de surfactante carregadas positivamente.

Após a remoção das micelas do surfactante, formaram-se mesoporos e locais de Ti foram localizados na superfície do mesoporo. Notavelmente, este TiOO^– só pode ser transformado em TiO₆ sites. "Essas novas descobertas certamente atrairão grande atenção para o projeto de centros catalíticos altamente acessíveis e altamente ativos na interface para impulsionar o desenvolvimento da catálise de interface", diz o Prof.

A construção precisa de sítios catalíticos é um enorme desafio no campo da catálise visando maximizar a eficiência catalítica dos catalisadores. A relação entre a estrutura do sítio catalítico e o modelo de distribuição com a reação catalítica alvo ainda está sob investigação.

Este trabalho fornece um exemplo típico de projeto preciso da estrutura e localização de sítios ativos, o que pode contribuir para a nova era da catálise de interface com consumo de energia minimizado e alta eficiência.

Mais informações: Shen Yu et al, Estrutura de superfície de engenharia de locais únicos de TiO6 para dessulfurização oxidativa profunda sem precedentes, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae085
Fornecido pela Science China Press

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