已有40年历史的催化剂揭示了其秘密

钛硅沸石-1(TS-1)并不是一种新的催化剂:距其发展以及发现将丙烯转化为环氧丙烷(化学工业中重要的基础化学品)的能力近40年。现在,通过结合各种方法,来自苏黎世联邦理工学院,科隆大学,弗里茨·哈伯研究所和巴斯夫的科学家团队揭示了这种催化剂令人惊讶的作用机理。来自科隆的化学系教授Albrecht Berkessel博士的工作组参加了会议。这些发现将有助于催化剂研究向前迈出重要一步。

环氧丙烷用于工业生产聚氨酯,防冻添加剂和液压油等产品。全世界的化学工业中每年生产超过一千一百万吨的环氧丙烷,其中已经通过过氧化氢氧化丙烯来生产一百万吨。这种化学反应由TS-1催化,TS-1是一种由硅和氧组成并含有少量钛的微孔晶体材料。该催化剂已经成功使用了40年,专家认为TS-1中的活性中心含有单独的,分离的钛原子,可确保催化剂的特殊反应性。

来自苏黎世联邦理工学院,科隆大学,弗里茨·哈伯研究所和巴斯夫的一组研究人员对这一假设提出了质疑。“近年来,人们对作用机理的假设是否正确提出了质疑,因为它主要依赖于具有可比催化剂的类比,而较少依赖于实验证据。但是如果您试图基于错误的观点来优化催化剂,假设,这是非常困难的,可能会导致您走向完全错误的方向。因此,更仔细地研究此假设非常重要。”科学出版物的合著者之一,巴斯夫科学家Henrique Teles博士解释道,为合作。

在《自然》杂志上发表的一项研究中,该团队通过使用固态NMR研究和计算机建模,能够证明两个相邻的钛原子对于解释特定的催化活性是必需的。这反过来导致研究小组得出结论,钛原子不是孤立的,而是催化活性中心由一对钛组成。该出版物的通讯作者,来自苏黎世联邦理工学院的克里斯托弗·科佩雷特教授强调:“我们在研究中使用的方法都不是全新的,但是参与研究的研究组中没有一个能够自行进行研究。” 。“只有将不同专业知识领域和各种技术结合起来,才可能更仔细地检查催化剂的活性中心。”

“多年来,我们一直致力于阐明均相钛催化剂的反应机理,发现与文献中的假设相反,过氧化氢是由钛对活化的。这确实是一个特殊的时刻,目前的研究表明,均相催化的发现也适用于非均相催化。”科隆大学合著者Albrecht Berkessel教授说。柏林弗里茨·哈伯研究所的合著者托马斯·伦肯贝因博士补充说:“我们为能够为这项研究做出贡献感到非常高兴。借助我们的分析,我们能够证实结论。双原子活性中心的重要性至关重要,并为催化剂研究开辟了新的可能性。”

研究小组相信,这项研究的结果不仅将有助于改善现有的催化剂,而且还将开发新的均相和非均相催化剂。

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