Dat blijkt uit een studie gepubliceerd in het tijdschrift National Science Review werd een materiaal gesynthetiseerd door Dr. Shen Yu gebruikt om hydroperoxide in het synthesesysteem van titaniumsilicaten te introduceren.

In eerste instantie behandelde hij dit materiaal als referentiemonster voor een ander project en voerde hij katalytische oxidatieve ontzwavelingstests uit op deze katalysator. Per ongeluk ontdekte hij dat deze katalysator alle thiofeenzwavels binnen enkele minuten volledig verwijderde, veel efficiënter dan alle andere katalysatoren.

"Ik overtuigde mezelf er bijna van dat er misschien iets mis was met mijn operaties", zegt Dr. Yu.

De supervisor prof. Li-hua Chen en prof. Bao-Lian Su vonden dat er systematisch onderzoek moest worden gedaan om te bevestigen of er enkele speciale katalytische locaties in dit materiaal zaten. Het team gebruikte verder een reeks geavanceerde spectroscopietechnieken om de actieve locaties binnenin te bepalen. Ze ontdekten dat een nieuw hexa-gecoördineerd Ti (TiO₆ ) locaties bestonden op het oppervlak van mesoporiën.

Zo'n TiO₆ locaties waren asymmetrisch en afzonderlijk verdeeld, waardoor ze grote gastmoleculen konden huisvesten. Omdat reactantmoleculen alleen toegang hebben tot het mesoporie-oppervlak en alleen TiO₆ locaties kunnen worden waargenomen op het mesoporie-oppervlak. Dit team schreef de superieure katalytische oxidatieve ontzwavelingsprestaties toe aan de nieuwe TiO₆ afzonderlijke sites.

"We zijn zo opgewonden om de specifieke actieve sites te lokaliseren, maar we moeten uitzoeken waarom ze zo actief zijn", zegt prof. Chen.

Dr. Yu voerde daarom theoretische berekeningen uit om meer inzicht te krijgen in het katalytische mechanisme. Hij ontdekte dat twee Ti-OH-groepen van de TiO₆ De site kan een interactie aangaan met het oxidatiemiddel via een extra waterstofbindingsnetwerk en heeft geleid tot een reactiepad met lage energie. "Ze lijken op twee oude vrienden die gemakkelijk kunnen samenwerken en elke opdracht kunnen volbrengen", zegt Dr. Yu.

Om te bewijzen dat dit materiaal geen occasionele situatie was, voerde Dr. Yu systematisch experimenteel onderzoek en grondige karakteriseringen uit om het vormingsmechanisme van Ti-sites te onthullen.

Er werd een uniek hydrolyseproduct van TiOOH geïdentificeerd. TiOOH bezit een ionisatievermogen dat 155 keer hoger is dan het conventionele hydrolyseproduct van TiOH, wat betekent dat aanzienlijk TiOO ^– gevormd en gedistribueerd op het elektrostatische grensvlak via elektrostatische interactie met positief geladen micellen van oppervlakteactieve stoffen.

Na het verwijderen van de oppervlakteactieve micellen vormden zich mesoporiën en bevonden zich Ti-plaatsen op het mesoporie-oppervlak. Met name deze TiOO ^– kan alleen worden omgezet in TiO₆ sites. "Deze nieuwe bevindingen zullen zeker enorme aandacht trekken voor het ontwerpen van zeer toegankelijke, zeer actieve katalytische centra op interfaces om de ontwikkeling van interfacekatalyse te stimuleren", zegt prof. Su.

De precieze constructie van katalytische locaties is een enorme uitdaging op het gebied van katalyse die gericht is op het maximaliseren van de katalytische efficiëntie van katalysatoren. De relatie tussen de structuur van de katalytische site en het distributiemodel met de beoogde katalytische reactie wordt nog onderzocht.

Dit werk biedt een typisch voorbeeld van het nauwkeurig ontwerpen van de structuur en locatie van actieve locaties, wat zou kunnen bijdragen aan het nieuwe tijdperk van interfacekatalyse met minimaal energieverbruik en hoge efficiëntie.

Meer informatie: Shen Yu et al, Engineering Surface Framework TiO6 single sites voor ongekende diepe oxidatieve ontzwaveling, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae085

Aangeboden door Science China Press