Etileno metoxicarbonilación sobre Pt heterogéneo₁/MoS₂ catalizador de un solo átomo: catálisis concertada de soporte...

Área de la Ciencia:

• Catálisis heterogénea
• Química orgánica de los metales
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• La metoxicarbonilación de etileno (EMC) al propanoato de metilo (MP) es crucial, pero se basa en catalizadores homogéneos y ácidos fuertes.
• Los métodos actuales se enfrentan a desafíos con la separación del catalizador, la purificación del producto y las condiciones corrosivas.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un catalizador heterogéneo altamente activo y selectivo para la CEM.
• Para eliminar la necesidad de promotores de ácido líquido corrosivo en EMC.
• Para aclarar el mecanismo catalítico del nuevo catalizador de un solo átomo.

Principales métodos:

• Síntesis de un catalizador de un solo átomo de platino (Pt1/MoS2) apoyado en nanohojas de disulfuro de molibdeno (MoS2).
• Técnicas avanzadas de caracterización (por ejemplo, EXAFS, XANES) y cálculos de la Teoría Funcional de Densidad (DFT).
• Prueba del rendimiento del catalizador en la reacción EMC en diversas condiciones (presiones de CO y C2H4, temperatura).

Principales resultados:

• El catalizador Pt1/MoS2 logró una tasa de producción de 0,35 gMP gcat−1 h−1 con una selectividad MP del 91,1% a 1 MPa CO, 1 MPa C2H4 y 160 °C.
• La velocidad de reacción se duplicó a 2 MPa CO, alcanzando 320.1 molMP molPt−1 h−1, superando a los catalizadores heterogéneos existentes y acercándose a los sistemas homogéneos.
• Los cálculos de DFT revelaron un sitio activo único de Mo-S-Pt1-S-Mo y aclararon la vía de reacción, identificando la carbonilación como el paso determinante de la velocidad.

Conclusiones:

• Pt1/MoS2 funciona como un catalizador heterogéneo de un solo átomo para la CEM, demostrando una alta actividad, selectividad y reciclabilidad sin promotores ácidos.
• El rendimiento del catalizador se atribuye a los átomos individuales de Pt bien definidos en las vacantes de Mo y al efecto sinérgico del conjunto de soporte metálico de múltiples sitios.
• Este trabajo presenta una nueva estrategia para el diseño de catalizadores de un solo átomo para reacciones complejas de varios pasos, previamente dominadas por la catálisis homogénea.