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Angew：揭示Cu-分子筛活性位点结构对甲烷制甲醇的影响

时间：2024-04-17 来源：浏览：

Angew：揭示Cu-分子筛活性位点结构对甲烷制甲醇的影响

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人们研究发现分子筛内的 Cu-oxo 或 Cu-OH 簇能够选择性的将甲烷转化为甲醇，但是人们对于催化活性位点的组成和构成对于甲烷转化为甲醇的影响并不清楚。

有鉴于此， 亚利桑那大学 Florian Göltl 、威斯康星大学麦迪逊分校 Manos Mavrikakis 等通过理论建模和实验研究结合，研究 Cu-SSZ-13 的催化活性位点的组成和结构对甲烷转化为甲醇的影响。

本文要点

要点1. 通过第一性原理计算给出催化反应活性与催化活性位点的相图，发现 O ₂ 和 N ₂ O 分别活化分子筛能够稳定 Cu-OH 或 Cu-oxo 二聚体结构。作者通过实验进行验证，而且说明甲烷的催化反应是逐步过程（ stepwise ），而且 Cu-oxo 二聚体能够转化生成的甲醇是 Cu-OH 二聚体的两倍。通过理论计算模型说明每个催化反应循环过程中， Cu-oxo 二聚体如何能够将两个甲烷分子转化为甲醇， Cu-OH 二聚体只能将一个甲烷分子转化为甲醇。

要点2. 这些研究结果说明催化甲烷能力的 Cu 簇至少需要一个 oxo 官能团或者两个 OH 官能团，才能够将一个甲烷分子转化为甲醇。通过这种非常简单的结构 - 性能关系，有助于理解过渡金属簇催化剂将甲醇催化氧化为甲醇的前景。

Florian Goeltl, Saurabh Bhandari, Edgard Lebron-Rodriguez, Jake I. Gold, Daniel J. Hutton, Stacey I. Zones, Ive Hermans, James A. Dumesic, Manos Mavrikakis, Exploring the Impact of Active Site Structure on the Conversion of Methane to Methanol in Cu‐Exchanged Zeolites, Angew. Chem. Int. Ed. 2024

DOI: 10.1002/anie.202403179

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202403179

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