Compuestos de titanio-oxo calix[4]areno-funcionalizados para percibir diferencias en la reactividad catalítica entre...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Catálisis
• La fotoquímica

Sus antecedentes:

• Las diferencias en la reactividad catalítica entre los sitios mono y multimetales no se comprenden completamente.
• Existen pocos sistemas de modelos de catalizadores para investigar los factores subyacentes más allá del número de sitios activos.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y construir compuestos de titanio-oxo funcionalizados con calix[4]areno (C4A) como catalizadores modelo.
• Para comparar la reactividad catalítica de los sitios monometálicos y multimetales utilizando la fotorreducción de CO2.
• Elucidar los factores que contribuyen a mejorar el rendimiento catalítico en sistemas multimetales.

Principales métodos:

• Síntesis y caracterización estructural de tres compuestos de titanio-oxo con una nuclealidad variable.
• Reacción de reducción fotocatalítica de CO2 utilizando los compuestos sintetizados como catalizadores.
• Análisis de la actividad catalítica, la selectividad y los mecanismos de reacción utilizando la caracterización experimental y los cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT).

Principales resultados:

• Sintetizó con éxito tres compuestos estables de Ti-C4A con propiedades sintonizables y estructuras cristalinas bien definidas.
• Tanto los catalizadores monometálicos (Ti-C4A) como los multimetales (Ti2-C4A, Ti3-C4A) lograron una alta selectividad (> 99%) para la conversión de CO2 a HCOO.
• El catalizador multimetal Ti3-C4A exhibió una actividad 12 veces mayor (2265,5 μmol g-1 h-1) en comparación con el Ti-C4A monometálico (180,0 μmol g-1 h-1).
• Los cálculos de DFT revelaron que Ti3-C4A reduce la energía de activación a través de la catálisis sinérgica de metal-ligando y la transferencia eficiente de electrones-protones, además de proporcionar sitios más activos.

Conclusiones:

• El compuesto multimetal Ti3-C4A sirve como un fotocatalizador basado en racimos cristalinos altamente eficiente para la reducción de CO2, superando a su homólogo monometálico.
• El rendimiento mejorado se atribuye a una combinación de sitios activos aumentados y energía de activación reducida a través de efectos sinérgicos y transferencia rápida de carga.
• Este estudio proporciona un sistema modelo valioso para comprender las diferencias fundamentales en la reactividad catalítica entre los sitios mono- y multimetales.