Catalisadores metálicos suportados de estrutura oca (ou seja, catalisadores de nanorreatores) com sítios ativos encapsulados e invólucros bem definidos fornecem um local ideal para multicomponentes reagirem ou se transformarem cooperativamente de maneira ordenada, e foram reconhecidos eficientemente como um dos candidatos a catalisador mais populares.



Embora o enriquecimento de reagentes tenha sido proposto investigando a relação entre o desempenho catalítico e a estrutura dos nanorreatores no nível nano, o estudo do efeito do enriquecimento na mesoescala (500-2000nm) ainda não é suficientemente abrangente. A construção dos modelos de nanorreatores com metais ativos dentro e fora da nanoestrutura oca por meio de diferentes métodos ou sequências sintéticas impactará inevitavelmente o microambiente em torno dos sítios ativos, bem como os sítios ativos essenciais.

Além disso, o enriquecimento de reagentes em nível de mesoescala envolve muitos processos, como adsorção e difusão, que não podem ser elaborados pela construção de modelos computacionais simples em nível de nanoescala. Portanto, a investigação do enriquecimento de reagentes em nível de mesoescala requer a manutenção constante dos sítios ativos intrínsecos na construção do modelo de pesquisa, com ou sem comportamento de enriquecimento.

Em um novo artigo de pesquisa publicado na National Science Review , cientistas do Instituto de Física Química de Dalian (DICP), da Universidade da Academia Chinesa de Ciências, da Universidade de Tecnologia de Taiyuan, da Universidade de Surrey e da Universidade da Mongólia Interior apresentam um novo catalisador de nanorreator (Pt NPs@MnO_x ) com nanopartículas de Pt uniformemente dispersas encapsuladas em um MnOx rico em oxigênio estrutura oca para catalisar a hidrogenação seletiva de CAL e investigar o enriquecimento de reagentes em nível de mesoescala.

O desempenho catalítico para hidrogenação seletiva de CAL em Pt NPs@MnO_x é 3,4 vezes maior que o de Pt NPs&MnO_x , que é fisicamente esmagado em uma estrutura aberta. Medições UV-vis, FTIR in situ e IGA demonstram que o MnO oco_x casca de Pt NPs@MnO_x leva a uma maior captação de CAL.

O mecanismo por trás deste fenômeno pode consistir em duas etapas. À medida que a estrutura oca cria um espaço confinado, os reagentes externos se difundiriam continuamente para o interior da estrutura oca, impulsionados direcionalmente pelo gradiente de concentração e/ou efeito tipo capilar (etapa 1).

Então, esses reagentes são fixados na superfície interna por adsorção para manter a baixa concentração local no espaço confinado. Em contraste, Pt NPs&MnO_x não poderia suportar este processo de difusão direcional. Além disso, os resultados do DFT revelam que o CAL é mais fortemente adsorvido na superfície de Pt NPs@MnO_x do que Pt NPs&MnO_x sob excesso de reagentes (etapa 2).

H₂ -TPR – MS e resultados de simulação de elementos finitos também demonstram que o Pt NPs@MnO_x o nanorreator cria um espaço estável com alta concentração e baixa vazão para evitar o escape dos reagentes (hidrogênio dissociado). É, portanto, claro que o enriquecimento do reagente é derivado da difusão direcional do reagente conduzida através de um gradiente de concentração local e de uma quantidade aumentada de reagente adsorvido devido à maior capacidade de adsorção em MnO oco. .

O Pt NPs@MnO_x O catalisador exibe atividades catalíticas extremamente altas e seletividade em uma ampla faixa de pressões de reação. Uma conversão de 95% com seletividade COL de 95% é obtida em Pt NPs@MnO_x em apenas 0,5 MPa H₂ e 40 min, que é uma condição relativamente suave em comparação com a maioria dos sistemas catalíticos relatados.

Combinando resultados experimentais com cálculos da teoria do funcional da densidade, a seletividade superior do álcool cinamílico (COL) origina-se da adsorção seletiva de CAL e da rápida formação e dessorção de COL no MnO_x concha. Além disso, o vazio oco induz o comportamento de enriquecimento de reagentes, aumentando a atividade da reação.

Essas descobertas oferecem a possibilidade de melhorar o desempenho catalítico em nível de mesoescala, projetando um nanorreator racional, em vez de reduzir o tamanho das partículas metálicas ou modificá-las com heteroátomos ou ligantes em nível de nanoescala.

Mais informações: Yanfu Ma et al, Enriquecimento de reagente em vazio oco de nanorreatores Pt NPs@MnOx para aumentar o desempenho de hidrogenação, National Science Review (2023). DOI:10.1093/nsr/nwad201
Fornecido pela Science China Press