我所揭示雙功能催化劑緊密程度關系機制

原文地址：http://www.dicp.cas.cn/xwdt/kyjz/202204/t20220425_6438611.html

　　近日，我所理論催化創新特區研究組（05T8組）肖建平研究員團隊、碳基能源納米材料研究組（DNL2102組）焦峰副研究員等與大連理工大學曲振平教授團隊就甲醛氧化消除雙功能催化劑研發開展合作，通過理論與實驗協作，揭示了分子篩—金屬（ZSM-5||Ag）雙功能催化劑中，組分間緊密程度對甲醛氧化活性的調控機制。

　　通過空間分離具有不同功能的活性組分，設計構建雙功能催化劑已經在大量重要的多相催化反應過程中取得成功。例如，合作團隊前期提出的氧化物—分子篩（OXZEO）雙功能催化劑體系，有效破解了合成氣直接轉化過程中C-C偶聯精準控制難的挑戰（Science，2016；Angew. Chem.，2018；Angew. Chem.，2019；Angew. Chem.，2020；Chem. Rev.，2021）。大量圍繞雙功能催化劑的研究已經意識到，雙功能催化劑的綜合性能不僅由各獨立功能組分的催化特性決定，更取決于功能組分之間的緊密程度（ACS Catal.，2021）。

　　本工作中，研究人員發現ZSM-5與Ag納米顆粒之間緊密程度存在“火山型曲線”關系，即不同活性組分之間并非“越緊密越好”關系。同步輻射時間飛行質譜、原位紅外光譜及模型實驗共同證明，該過程中甲醛首先被分子篩B酸位點轉化為甲酸甲酯中間物種。相較于甲醛，甲酸甲酯可以在更低溫度被Ag氧化消除。而分子篩與Ag混合過于緊密情況下，無法保證甲醛被完全轉化為甲酸甲酯。未消耗的甲醛分子會吸附占據Ag活性位，進而抑制了甲酸甲酯在Ag位點的氧化效率，導致雙功能催化劑綜合活性降低。理論計算進一步驗證了上述結論，并發現Ag催化甲酸甲酯氧化路徑，可有效抑制甲醛直接氧化過程中難以被進一步氧化的H₂COO*（DOM）中間體的形成，因此提高了催化活性。

　　相關研究成果以“Bifunctional Zeolites-silver Catalyst Enabled Tandem Oxidation of Formaldehyde at Low Temperatures”為題，發表在《自然—通訊》（Nature Communications）上。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金委等項目的資助。（文/圖 焦峰、李娜、董雪）

　　文章鏈接： https://doi.org/10.1038/s41467-022-29936-8