Encapsulación de sitios de un solo átomo de Pd en zeolita para la semihidrogenación altamente eficiente de los...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Catálisis
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• Los catalizadores de un solo átomo de paladio (SAC) son efectivos para la semihidrogenación de alquino.
• La coordinación electronegativa en Pd SAC a menudo reduce la actividad catalítica.
• La optimización del entorno electrónico de los sitios individuales de Pd es clave para mejorar el rendimiento.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un nuevo Pd SAC con una estructura electrónica mejorada para mejorar la semihidrogenación de alquinos.
• Investigar la actividad catalítica y la selectividad de los átomos individuales de Pd coordinados con Al/Si en el ZSM-5.
• Demostrar el potencial de entornos de coordinación adaptados para aumentar la eficiencia catalítica.

Principales métodos:

• Preparación in situ de sitios aislados de paladio (Pd) dentro de una estructura ZSM-5 rica en Al/Si utilizando un método de crecimiento asistido por semilla de un solo recipiente.
• Caracterización de los sitios de Pd y su entorno de coordinación (enlaces Pd-O-Al/Si).
• Evaluación del rendimiento catalítico en la semihidrogenación del fenilacetileno.

Principales resultados:

• El catalizador sintetizado Pd1@ZSM-5 exhibe enlaces Pd-O-Al/Si, aumentando la densidad de electrones d cerca del nivel de Fermi.
• Se logró una frecuencia de rotación (TOF) récord de 33582 molCC/molPd/h con una selectividad del estireno del 96% en la semihidrogenación del fenilacetileno.
• Demostró un rendimiento superior en comparación con el catalizador Lindlar comercial (aumento de 17 veces) y una excelente estabilidad durante 6 ciclos.
• El confinamiento zeolítico de ZSM-5 permitió una catálisis precisa de forma selectiva para los pequeños alquinos (< 4,3 Å).

Conclusiones:

• El nuevo catalizador Pd1@ZSM-5, con su coordinación única Pd-O-Al/Si, mejora significativamente la eficiencia y la selectividad de la semihidrogenación de alquinos.
• Este enfoque ofrece una nueva estrategia para el diseño de catalizadores monoatómicos de alto rendimiento mediante la adaptación del entorno electrónico y de coordinación.
• La estabilidad y las propiedades selectivas de la forma del catalizador resaltan su potencial para aplicaciones industriales en síntesis química fina.