Voor single-atom-katalysatoren (SAC's) zijn de katalysatordragers niet alleen ankers voor enkele atomen, maar ook modulatoren voor geometrische en elektronische structuren, wat een belangrijke impact heeft op de katalytische prestaties. Het selecteren van een geschikte ondersteuning om SAC's voor te bereiden met uniforme coördinatieomgevingen is van cruciaal belang voor het bereiken van optimale prestaties en het verduidelijken van de relatie tussen de structuur en het eigendom van SAC's.

Graphdiyne (GDY), een nieuwe tweedimensionale periodieke koolstofallotroop met een atoomdikke laag, die voor het eerst werd gesynthetiseerd door Prof. Yuliang Li in ICCAS, China, is samengesteld uit sp-gehybridiseerde koolstofatomen in diacetylenic en sp ² -gehybridiseerde koolstofatomen in benzeenringen. De unieke alkynrijke structuur van GDY maakt het een ideale ondersteuning voor het verankeren van afzonderlijke atomen dankzij de uniform verdeelde poriën en grote bindingsenergieën aan metaalatomen via de sterke d-π-interactie. Gebruikmakend van de bovenstaande karakteriseringen van GDY, presenteren Dr. Changyan Cao en Dr. Feng He van ICCAS een efficiënte en eenvoudige strategie voor het fabriceren van enkele Cu-atomen verankerd op GDY (Cu₁ /GDY) met uniforme Cu₁ -(sp)C₄ enkele sites onder milde omstandigheden.

Door gebruik te maken van synchrotronstraling, röntgenabsorptiespectroscopie, röntgenfoto-elektronspectroscopie en berekening van de dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT), is bewezen dat Cu ^{δ +} (0 <δ <1) atomen zijn verankerd op GDY in Cu₁ -(sp)C₄ coördinatie omgeving. Cu₁ /GDY toonde uitstekende katalytische prestaties voor benzeenoxidatie tot fenol met behulp van H₂ O₂ . De berekende omzetfrequentie (TOF) is ongeveer 251 uur ^{− 1} bij kamertemperatuur en 1889 uur ^{− 1} bij 60 ° C, wat aanzienlijk hoger is dan eerder gerapporteerde katalysatoren onder dezelfde reactieomstandigheden.

Bovendien blijft, zelfs met een hoge benzeenomzetting van 86%, een hoge fenolselectiviteit (96%) behouden, wat kan worden toegeschreven aan de hydrofobe en oleofiele oppervlakteaard van Cu₁ /GDY voor benzeenadsorptie en fenoldesorptie. Synchrotron-röntgenabsorptiespectroscopie, Fourier-transformatie-infraroodabsorptiespectroscopie en dichtheidsfunctionaaltheorie laten zien dat de Cu₁ -C₄ actieve site kan H₂ effectively effectiever activeren O₂ om een ​​Cu=O-binding te vormen, een belangrijk actief tussenproduct voor de oxidatie van benzeen tot fenol. De intrinsieke hogere activiteit van Cu₁ /GDY vergeleken met andere Cu SAC's met stikstofcoördinatiestructuren wordt verduidelijkt door DFT-berekeningen van het Cu-3d-bandcentrum.

Dit werk biedt niet alleen een efficiënte route voor het fabriceren van door GDY ondersteunde metalen SAC's met uniform metaal-C₄ centra, maar biedt ook een veelbelovende benzeenhydroxyleringskatalysator voor de productie van fenol met H₂ O₂ .

Het onderzoek is gepubliceerd in National Science Review . + Verder verkennen

Verbeterde katalytische processen voor de synthese van fenol