Использование палладиевых (Pd) или платиновых (Pt) катализаторов для электроокисления пропилена предлагает устойчивый путь к производству ценных кислородсодержащих органических соединений, используемых в различных промышленных процессах. Однако причины, по которым эти катализаторы производят разные продукты в зависимости от приложенного потенциала, оставались неясными.
Группа исследователей внесла ясность в этот вопрос благодаря недавно опубликованному в Journal of the American Chemical Society [исследованию](https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c07246). Учёные объединили несколько передовых теоретических методов — расчёты функционала плотности в большом каноническом ансамбле (DFT), анализ Пурбэ (Pourbaix) и микрокинетическое моделирование — чтобы составить полную реакционную сеть электроокисления пропилена.
Их выводы показывают, что изменения на поверхностях электродов Pd и Pt под действием рабочих потенциалов определяют, какие продукты образуются.
Понимание процесса
Представьте себе поверхность катализатора как ключ, который меняет форму в зависимости от приложенного напряжения. Для электродов Pd увеличение потенциала (0,7–1,4 В против RHE) постепенно изменяет поверхность от частично покрытого кислородом металлического Pd до PdO с частичным гидроксylation.
По мере изменения формы «ключа» открываются разные пути реакции, смещая основной продукт с акролеина на ацетон и пропиленгликоль. В то же время поверхность электрода Pt поддерживает стабильный слой PtO₂ с частичным гидроксylation во всём изученном диапазоне потенциалов (1,2–1,6 В против RHE), последовательно производя оксид пропилена и ацетон.
Эта работа решает давние вопросы о том, что определяет продукты электроокисления пропилена на катализаторах Pd и Pt. Полученные знания могут помочь в разработке более эффективных катализаторов для устойчивого химического производства, подчеркнув важность реконструкции поверхности и переключения активных центров в рабочих условиях.
Исследовательская группа также использовала цифровую платформу каталитического моделирования, разработанную лабораторией Хао Ли, для поддержки своего анализа и моделирования.
«Понимание того, как реконструкция поверхности влияет на селективность реакции, подобно открытию того, как форма ключа определяет, какие двери он может открыть. Обладая этими знаниями, мы можем разрабатывать катализаторы для более эффективного производства целевых химических веществ», — сказал Хао Ли (WPI-AIMR, Токийский университет), который возглавлял исследование.
Предоставлено [Токийским университетом](http://www.tohoku.ac.jp/english/)