研究人員發(fā)現(xiàn)納米催化劑如何在原子水平上起作用
芬蘭Jyväskylä大學納米科學中心(NSC)和中國廈門大學的研究人員發(fā)現(xiàn),當酮分子轉(zhuǎn)化為醇分子時,納米尺度的銅顆粒如何改變碳 - 氧鍵。在有機分子中發(fā)現(xiàn)的碳 - 氧和碳 - 碳鍵的改性是催化反應中的重要中間階段,其中源材料變?yōu)橛袃r值的最終產(chǎn)物。
理解催化劑在單個顆粒的原子結(jié)構(gòu)水平上的操作使得可以開發(fā)具有所需特征的催化劑,例如使它們對特定的最終產(chǎn)物有效和選擇性。該研究發(fā)表在ACS Nano上。在芬蘭,該研究由學院教授HannuHäkkinen領導。
本研究中使用的催化銅 顆粒在廈門大學制造和結(jié)構(gòu)表征,他們在加氫反應中改變強碳 - 氧鍵的操作由Jyväskylä大學納米科學中心(NSC)的研究人員進行了研究。計算機模擬。通過X射線衍射和核磁共振(NMR)光譜確定銅顆粒的精確原子結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)顆粒含有25個銅原子和10個氫,并且有18個硫醇保護顆粒表面。雖然廈門的實驗工作揭示了其在酮類催化加氫中的優(yōu)異性能,但模擬預測結(jié)合到顆粒銅核上的氫作為儲氫,釋放出兩個氫原子。在反應過程中與碳 - 氧鍵結(jié)合。在反應之后重新填充氫存儲,此時從其周圍附著到顆粒的氫分子分裂成兩個氫原子,其再次與銅核結(jié)合(參見圖像)。在廈門進行的NMR測量揭示了反應的中間產(chǎn)物,這證實了計算模型的預測。
“這是有史以來第一次有可能發(fā)現(xiàn)催化粒子如何準確地知道它的結(jié)構(gòu),這得益于實驗和模擬的合作,”Jyväskylä大學的學院教授HannuHäkkinen說,誰領導了研究的計算部分。
Häkkinen的合作者,計算催化學教授Karoliina Honkala說:“傳統(tǒng)上,昂貴的鉑基催化劑用于加氫反應。這項研究證明納米級氫化銅顆粒也可作為加氫催化劑。結(jié)果給人們的希望,在未來,有可能開發(fā)出有效且廉價的銅基催化劑,將官能化有機分子轉(zhuǎn)化為具有更高附加值的產(chǎn)品。“
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