為了將碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為燃料，石化行業(yè)目前主要依靠非均相催化劑，該催化劑在大多數(shù)情況下都包含結(jié)構(gòu)定義不明確的活性金屬位點(diǎn)。然而，近年來(lái)，被稱為表面有機(jī)金屬化學(xué)(SOMC)的研究領(lǐng)域使設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了更為明確的所謂的單中心催化劑，其中可以調(diào)整金屬位置以滿足特定要求。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的教授克里斯托弗·科佩雷特(ChristopheCopéret)一直在研究SOMC在合成燃料和能量載體方面的潛力，而這種方法是迄今為止使用傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。在最近發(fā)表于《自然能源》上的一篇論文中，他寫道SOMC可能為碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化開(kāi)辟新途徑，以及它如何有助于重要的烷烴同系化過(guò)程的發(fā)現(xiàn)以及對(duì)多相催化劑的理解。

Copéret告訴TechXplore：“我有興趣了解復(fù)雜的系統(tǒng)，例如分子水平的多相催化劑。” “為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們的實(shí)驗(yàn)室已發(fā)展出專業(yè)知識(shí)，可以生成定義明確的表面物種，其中第一步是通過(guò)接枝將金屬部位固定在表面上。”

為了制造具有明確定義的表面結(jié)構(gòu)的催化劑，研究人員需要控制用于固定定制分子前體的表面官能度的密度和性質(zhì)。在過(guò)去的研究中，Copéret和他的同事表明，得到的定義明確的表面位點(diǎn)(也稱為單位點(diǎn))可以勝過(guò)均相和經(jīng)典的多相催化劑。

這些催化劑的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于多年來(lái)在石油化學(xué)工業(yè)中使用的相應(yīng)的負(fù)載型金屬氧化物復(fù)分解催化劑。后一種催化劑的一個(gè)問(wèn)題是缺乏對(duì)活性位點(diǎn)結(jié)構(gòu)的理解，這阻礙了合理的發(fā)展策略。

“近年來(lái)，我們一直在探索通過(guò)我們的SOMC方法產(chǎn)生清晰定義的表面類似物的方法，即通過(guò)將分子前體錨定在表面上并通過(guò)分離產(chǎn)生金屬隔離位點(diǎn)的方法，來(lái)了解工業(yè)上使用的這些負(fù)載金屬氧化物的活性位點(diǎn)。通過(guò)簡(jiǎn)單的后處理除去殘留的有機(jī)配體。”Copéret解釋說(shuō)。“我們的目標(biāo)是生成這些定義明確的類似物，以便進(jìn)行詳細(xì)的光譜學(xué)研究，最終目的是得出分子水平的結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系和開(kāi)發(fā)這些多相催化劑的指導(dǎo)原則。”

本質(zhì)上，SOMC的工作原理是通過(guò)接枝方法控制金屬位點(diǎn)的摻入，最終使生成明確的表面位點(diǎn)成為可能。與工業(yè)催化劑形成鮮明對(duì)比的是，這種分子方法使建筑催化劑具有結(jié)構(gòu)上具有特征性的活性位點(diǎn)，工業(yè)催化劑由于在水中的制備方法(例如通過(guò)沉淀或浸漬鹽金屬)而變得更加復(fù)雜。

由于金屬鹽，水和載體之間復(fù)雜的相互作用(涉及多次溶解/沉淀事件)，用于制備催化劑的常規(guī)技術(shù)往往會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的混合物和不確定的體系。另一方面，由SOMC工藝制得的催化劑往往定義更明確，從而使研究人員可以訪問(wèn)有關(guān)其金屬位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)信息。

Copéret說(shuō)：“水和氧化物中的化學(xué)比人們想的要復(fù)雜得多。” “使用我們的方法，我們只是簡(jiǎn)化了化學(xué)反應(yīng)。”

Copéret在他最近的論文中總結(jié)了SOMC的關(guān)鍵資產(chǎn)，強(qiáng)調(diào)了其在催化和石化行業(yè)推動(dòng)創(chuàng)新的潛力。盡管仍然有許多挑戰(zhàn)需要克服，但他認(rèn)為SOMC最終可以幫助增進(jìn)人們對(duì)分子水平催化事件的了解。