Wetenschap
Geleiding van katalytische eigenschappen van begraven overgangsmetalen naar blootgestelde inerte hoofdgroepmetalen
Geïnspireerd door het verdwijnen van overgangsmetaalsoorten op een aluminiumsubstraat na uitgloeien, voerde de onderzoeksgroep van Zhenpeng Hu (School of Physics, Nankai University) dichtheidsfunctionele (DFT) berekeningen uit. Sommige d-blokmetalen blijken een zelfverspreidings- en zinkneiging te vertonen en kunnen goed worden gestabiliseerd in het ondergrondse gebied van eenkristalaluminium.
Een nieuwe studie over dit onderwerp onder leiding van prof. Landong Li (College of Chemistry, Nankai University), prof. Zhenpeng Hu en prof. Fan Yang (School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University) verschijnt in National Science Review .
Volgens hun berekeningsresultaten begonnen Landong Li en Fan Yang met behulp van scanning tunneling microscopie (STM) te zoeken naar solide bewijsmateriaal over de structuur van het unieke metalen systeem (M/Al) en de elektronenoverdracht tussen overgangsmetalen en aluminiumsubstraat.
Typisch wordt gevonden dat zowel palladium als rhodium zich uitsluitend in het ondergrondse gebied van Al(001) en Al(111) enkele kristallen bevinden als geïsoleerde atomen, met duidelijke elektronenoverdracht van palladium of rhodium naar aangrenzende aluminiumatomen.
Het onderzoeksteam voerde vervolgens DFT-voorspellingen uit over de katalytische eigenschappen van M/Al in verschillende belangrijke reacties, zoals acetyleen-semi-hydrogenering en propyleenhydroformylering. Ze ontdekten dat de intrinsieke katalytische eigenschappen van palladium en rhodium kunnen worden overgebracht naar de buitenste inerte aluminiumlaag, waardoor katalytisch actieve M/Al-systemen ontstaan, hoewel palladium- en rhodiumatomen volledig verborgen zijn in aluminium-monokristallen en ontoegankelijk zijn voor reactiesubstraten.
Geleid door theoretische voorspellingen en oppervlaktewetenschappelijke observaties bouwde het team uiteindelijk echte metaalsystemen uit de hoofdgroep die verborgen overgangsmetaalcentra bevatten, wat de verwachte katalytische prestaties aantoonde in de reacties van alkyn-semi-hydrogenering, olefinehydroformylering en Suzuki-koppeling. Deze resultaten bevestigen verder dat de katalytische eigenschappen van begraven overgangsmetalen kunnen worden overgedragen naar de blootgestelde katalytisch inerte hoofdgroepmetalen, dat wil zeggen de geleidende katalyse.
Dit concept zou een efficiënte afscherming van de traditionele actieve centra kunnen bieden tegen vergiftiging of uitloging door de geleidende laag, in tegenstelling tot traditioneel ondersteunde systemen. Belangrijker nog is dat er wordt voorgesteld dat de katalytische eigenschappen van begraven overgangsmetalen nauwkeurig kunnen worden gereguleerd of volledig kunnen worden gewijzigd wanneer ze door de geleidende laag gaan.