Исследование эффективности современных нанокатализаторов. Чжан Лянцзы

Чтение книги онлайн.

      В последних трех годах ученые исследуют катализатор Cu-ZSM-5/цеолит и узнали его механизм действия с молекулами метана. Китайские ученые от Ланьчжоуского университета и института физической химии при КАН обнаружили процесс действия на основе результатов ЭПР и ЯМР [43]. На основании наблюдений ЭПР и ЯМР в твердом состоянии они предложили механизм селективного прямого окисления метана в метанол на цеолите Cu / Na-ZSM-5 (рис. 1.5), который включает три основных этапа:

      а) активация метана на [Cu₂O] ²⁺ ядро из цеолита Cu / Na-ZSM-5 и генерирует метанол, а Cu²⁺ восстанавливается до Cu⁺;

      б) адсорбированный метанол активируется на частицах Cu⁺, образуя метокси-группы меди (—Cu – O—CH₃) и группу —Al – OH;

      в) свободный метанол образуется в результате гидратации метокси-групп меди и вытеснения адсорбированного метанола.

      Сообщался о механизме высокоселективного превращения метана в метанол на модифицированном медью цеолите Cu / Na – ZSM-5 при температуре 423 K. Исследование ЭПР показывает, что восстановление ионов Cu²⁺ до иона Cu⁺ происходило во время превращения. метана в метанол на цеолите Cu / Na – ZSM-5.

      Кроме этого, другой доступ обнаружен для получения метанола с помощью катализатора Rh₁/ZrO₂.

      Данные спин-улавливания ЭПР in situ демонстрируют, что радикал •CH₃ и радикал •OH образуются в процессе метана-метанола на цеолите Cu / Na – ZSM-5. ЯМР-исследование в твердом состоянии подтверждает, что метокси-группы меди и адсорбированный метанол образуются на цеолите Cu / Na-ZSM-5 после активации метана при 423 К.

      Рис. 1.5. Предложенный механизм превращения метана в метанол на цеолите Cu / Na – ZSM-5 [43]

      При гидратации поверхностные метокси-частицы и адсорбированный метанол переходят в свободный метанол. Результаты показывают эволюцию активных центров и образование метоксидов меди и адсорбированного метанола при активации метана на цеолите Cu / Na – ZSM-5. Ожидается, что наше механистическое понимание процесса превращения метана в метанол на цеолите Cu / Na – ZSM-5 может потенциально пролить свет на окисление CH₄ в pMMO и рациональный дизайн биомиметических каталитических систем.

      Как показано на рисунке 1.6., CH₄ слабо адсорбируется с энергией адсорбции -0,14 эВ, а затем реагирует с O, соседним с пятикоординированным Rh, с образованием промежуточного соединения CH₃O* и OH* с относительно низким барьером 0,67 эВ, что указывает на О соседний пятикоординированный Rh обладает относительно высокой активностью по активации CH₄.

      Рис. 1.6. Энергетические профили и структуры активации CH₄ и переокисления CH₃ при пятикоординированном Rh в Rh₁O₄ / ZrO₂ (101): голубые, фиолетовые, красные, серые и белые шары представляют атомы Zr, O, Rh, C и H соответственно [44]

      Однако образовавшиеся СКАЧАТЬ