甲醛分子在多種工業催化反應中扮演了多種角色,包括反應物、中間體、產物等,因此,對甲醛在異相催化反應中的轉化過程進行研究為理解多種甲醛相關反應提供了經驗,并能夠有效的促進更高效率催化劑的制備合成。在甲醛轉化過程中有兩種主要中間體,其中亞甲二氧基(dioxymethylene)向甲酸的轉化過程是其中關鍵性一步,該過程有三種可能途徑,包括亞甲二氧基的直接分解、亞甲二氧基和界面氧結合、Cannizzaro反應。
有鑒于此,中國科學院生態環境研究中心張長斌等研究了TiO2、TiO2/貴金屬界面上亞甲二氧基和界面OH官能團的反應轉化為甲酸的過程。
本文要點
要點1. DRIFT研究結果顯示在TiO2界面上的水蒸氣有助于將亞甲二氧基轉化為甲酸的過程,在TiO2界面上負載Ir/Pt貴金屬有效促進了活化H2O,顯著提高了亞甲二氧基轉化為甲酸的反應動力學。DFT計算結果顯示首先HCHO和催化劑表面的OH官能團反應生成亞甲二氧基,隨后亞甲二氧基和TiO2界面上的端基OH官能團反應生成甲酸。
要點2. 計算結果顯示,亞甲二氧基和端基OH的反應步驟是熱力學、動力學都能自發進行。以上結果為甲醛轉化反應和TiO2界面上的羥基物種作用提供了證據。
Xueyan Chen, Guangzhi He, Yao-bin Li, Min Chen, Xiaoxiao Qin, Changbin Zhang*, and Hong He. Identification of a Facile Pathway for Dioxymethylene Conversion to Formate catalyzed by Surface Hydroxyl on TiO2-based Catalyst, J. Am. Chem. Soc. 2020
DOI:10.1021/acscatal.0c01901
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c01901