Deze studie werd geleid door Prof. Shaodong Zhou (College of Chemical and Biological Engineering, Zhejiang University) en Prof. Xiao-Nan Wu (Department of Chemistry, Fudan University). De experimenten werden uitgevoerd met behulp van een ion trap massaspectrometer uitgerust met een laserverdamping-supersonische expansie-ion gecombineerd met kwantumchemische berekeningen.

Interessant is dat onder de gebruikte omstandigheden twee isomeren van [IrC₄ H₂ ] ⁺ bestaan ​​naast verschillende reactiviteiten, een ervan activeert alleen methaan terwijl de andere alleen reactief is met water om CO te produceren. Blijkbaar krijgt het Ir-centrum, door de coördinatiepatronen te variëren, nogal duidelijke mogelijkheden om de bindingsverbrekings- en vormingsprocessen te bemiddelen. De reactiviteit ten opzichte van methaan hangt voornamelijk af van de orbitale oriëntatie, terwijl de π-aromaticiteit van het reactiecomplex van belang is voor de omzetting van water.

"Vanwege de complexe oppervlaktestructuur en samenstelling van katalysatoren is het van groot belang om de elektronische structuur van het actieve centrum te correleren met zijn reactiviteiten. Als een ideaal model om het reactiemechanisme op strikt moleculair niveau te bestuderen, kan gasfasereactie worden uitgevoerd onder omstandigheden die de interferentie van de externe omgeving uitsluiten en goed herhaalbaar zijn. In combinatie met kwantumchemische berekening kan het ons helpen het reactiemechanisme diepgaand te begrijpen en het rationele ontwerp van krachtige katalysatoren te implementeren, "zegt Zhou.

Een paar implicaties komen dus naar voren voor het ontwerpen van een Ir-katalysator voor stoomreforming van methaan:1) meer elektronengat wordt verwacht op de d-banen (waarschijnlijk veroorzaakt door lokale polarisatie) omwille van de initiële H₃ CH-activering; 2) in de interactie van het Ir-centrum met de CH₄ /H₂ O-molecuul, een toename van de lokale aromaticiteit is nadelig voor verdere transformatie, terwijl een toename van de lokale anti-aromaticiteit indicatief is voor verdere bindingsactivering; de toename van zowel de aromaticiteit als de anti-aromaticiteit kan duidelijker zijn voor water.

Het onderzoek is gepubliceerd in Science China Chemistry . + Verder verkennen

Aromatische eigenschappen in katalyse begrijpen om nieuwe kansen te ontsluiten