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催化剂研究新发现:40年谜团一朝解
2020年11月06日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

钛硅分子筛(TS-1)并不是一种新型催化剂,其开发并成功应用于催化丙烯转化为环氧丙烷(一种重要的化工基础化学品)距今已近40年。现在,通过结合各种研究方法,来自苏黎世联邦理工学院、科隆大学、弗里茨·哈伯研究所(Fritz Haber Institute)和巴斯夫的科学家团队共同揭示了这种催化剂出乎意料的作用机制。这些研究结果将有助于推动催化剂研究向前迈出重要的一步中国化工网okmart.com



环氧丙烷(上图)在工业中用于生产聚氨酯、防冻液添加剂和液压油等产品。全球化工行业每年生产超过1,100万吨环氧丙烷,其中有100万吨是通过使用过氧化氢氧化丙烯来生产的——这种化学反应在TS-1的催化下发生。TS-1是一种微孔结晶材料,由硅、氧和少量钛组成。该催化剂至今已有40年成功应用的历史。专家们曾认为TS-1中的活性中心包含单一的、孤立的钛原子,这种结构保证了其特殊的催化剂活性。


然而,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研究团队对这一假设提出了质疑。 



巴斯夫的科学家Henrique Teles博士解释道:“近年来,人们开始挑战关于反应机制假设的正确性,因为这一假设主要依赖于与类似催化剂的类比,而较少依赖于实验证据。但是如果该假设错误,则很难基于此对催化剂进行优化,甚至可能引向完全错误的方向。因此,我们必须更深入地研究这一假设。” Teles博士是相关文章的作者之一。此文章是该研究团队的合作起点。


在一项发表在《自然》(英語:Nature)杂志上的研究中,该团队通过使用固体核磁共振技术的研究和计算机模拟证明,两个相邻的钛原子对于解释特定的催化活性很有必要。研究团队也由此得出结论:钛原子不是孤立的,而是由一对钛原子对组成的催化活性中心。


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《自然》杂志通讯作者、苏黎世联邦理工学院的Christophe Copéret 教授强调说:“我们所用的研究方法本质上来讲并不新颖,但任何一个研究小组都不可能只靠自己开展这项研究。只有结合不同领域的专业知识和各种技术,才有可能更仔细地研究催化剂的活性中心。”


来自科隆大学的合著者Albrecht Berkessel教授表示:“我们多年来一直致力于阐述均相钛催化剂的反应机理,并发现过氧化氢由一对钛原子对激活,这与文献中的假设相反。我们在当前研究中看到均相催化的研究结果也适用于多相催化,这真的是一个特别的时刻。”


来自柏林弗里茨·哈伯研究所的合著者Thomas Lunkenbein博士补充道:“我们很高兴能够为这项研究做出贡献。我们的分析手段佐证了这些结论。这项研究对双原子活性中心的认识具有根本性的意义,并为催化剂研究带来了新可能。”


团队确信,该项研究结果不仅有助于改进现有催化剂,而且有助于开发新的均相和多相催化剂。


标签:催化剂及助剂化工应用技术中心今日头条精细化学品行业资讯
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