Para catalisadores de átomo único (SACs), os suportes do catalisador não são apenas âncoras para átomos únicos, mas também moduladores para estruturas geométricas e eletrônicas, o que tem um impacto importante no desempenho catalítico. A seleção de um suporte adequado para preparar SACs com ambientes de coordenação uniformes é fundamental para alcançar um ótimo desempenho e esclarecer a relação entre a estrutura e a propriedade dos SACs.
Graphdiyne (GDY), um novo alótropo bidimensional periódico de carbono com uma camada de átomos de espessura, que foi sintetizado pela primeira vez pelo Prof. Yuliang Li no ICCAS, China, é composto de átomos de carbono com hibridização sp em diacetilênico e sp ² -átomos de carbono hibridizados em anéis de benzeno. A estrutura única rica em alcinos do GDY o torna um suporte ideal para ancorar átomos únicos devido aos poros uniformemente distribuídos e grandes energias de ligação aos átomos de metal através da forte interação d-π. Aproveitando as caracterizações acima de GDY, Dr. Changyan Cao e Dr. Feng He do ICCAS apresentam uma estratégia simples e eficiente para fabricar átomos de Cu ancorados em GDY (Cu₁ /GDY) com uniforme Cu₁ -(sp)C₄ locais únicos sob condições suaves.

Usando espectroscopia de absorção de raios-X de radiação síncrotron, espectroscopia de fotoelétrons de raios-X e cálculo da teoria funcional de densidade (DFT), é provado que Cu ^{δ +} (0 <δ <1) átomos estão ancorados em GDY em Cu₁ -(sp)C₄ ambiente de coordenação. Cu₁ /GDY demonstrou excelente desempenho catalítico para oxidação de benzeno a fenol usando H₂ O₂ . A frequência de rotatividade calculada (TOF) é de aproximadamente 251 h ^{− 1} à temperatura ambiente e 1889 h ^{− 1} a 60 °C, o que é significativamente maior do que os catalisadores relatados anteriormente nas mesmas condições de reação.

Além disso, mesmo com uma alta conversão de benzeno de 86%, a alta seletividade de fenol (96%) é mantida, o que pode ser atribuído à natureza hidrofóbica e oleofílica da superfície do Cu₁ /GDY para adsorção de benzeno e dessorção de fenol. Espectroscopia de absorção de raios X síncrotron, espectroscopia de absorção infravermelha por transformada de Fourier e teoria funcional de densidade mostram que o Cu₁ -C₄ site ativo pode ativar H₂ com mais eficiência O₂ para formar a ligação Cu=O, que é um importante intermediário ativo para a oxidação do benzeno a fenol. A maior atividade intrínseca de Cu₁ /GDY comparado com outros SACs de Cu com estruturas de coordenação de nitrogênio é esclarecido por cálculos DFT do centro da banda Cu-3d.

Este trabalho não apenas apresenta uma rota eficiente para a fabricação de SACs metálicos suportados por GDY com metal-C uniforme₄ centros, mas também fornece um catalisador de hidroxilação de benzeno promissor para a produção de fenol com H₂ O₂ .



A pesquisa foi publicada na National Science Review . + Explorar mais

Processos catalíticos melhorados para a síntese de fenol