L'ossido di propilene è una merce importante nell'industria chimica, utilizzata nella produzione di materie plastiche, antigelo e olio idraulico. La produzione annuale di ossido di propilene supera 11 milioni di tonnellate, di cui oltre 1 milione di tonnellate sono generate dall'ossidazione con perossido di idrogeno (H2O2). Questa reazione chimica è catalizzata dal silicato di titanio-1 (TS-1). Il silicato di titanio-1 è un materiale cristallino poroso composto da biossido di silicio e contiene una piccola quantità di atomi di titanio (circa 1-4 atomi di titanio per 100 atomi di silicio). L'acqua è l'unico sottoprodotto. Sebbene questo processo catalitico sia stato applicato con successo da quando TS-1 è stato sviluppato quasi 40 anni fa, il meccanismo catalitico specifico non è ancora chiaro. Tuttavia, il consenso della comunità di ricerca chimica è che il sito attivo in TS-1 deve essere un atomo di titanio isolato, che fornisce la base per la reattività unica del catalizzatore.
Un team di ricerca di ETH Zurich, Università di Colonia, Fritz-Haber-Institute a Berlino e BASF ha messo in dubbio questa ipotesi. In uno studio attualmente pubblicato sulla rivista Nature, i ricercatori possono dimostrare che nel processo catalitico, due atomi di titanio attivano H2O2, il che indica che gli atomi di titanio non sono in realtà isolati, ma hanno un effetto sinergico.
Secondo lo spettro di risonanza magnetica nucleare a stato solido 17O, i ricercatori hanno mostrato che nel processo di ossidazione con H2O2, formerà un intermedio perossido con due atomi di titanio. Attraverso la modellazione computazionale, l'autore ha inoltre dimostrato che questi siti dinucleari possono effettivamente promuovere l'ossidazione del propilene in modo efficiente. È interessante notare che la modalità catalitica di questo sito binucleare è simile al meccanismo di reazione maturo del peracide, che è il reagente più antico e significativo per l'ossidazione delle olefine. Lo studio mostra anche che i siti dinucleari sono particolarmente efficaci nell'epossidazione del propilene e che dovrebbe essere preso in considerazione lo sviluppo di catalizzatori migliorati.
"I metodi che abbiamo usato in questo studio non sono nuovi metodi rivoluzionari. Tuttavia, molte cose devono accadere contemporaneamente per essere condotto questo studio", ha affermato Christophe Copéret, l'autore corrispondente della pubblicazione. "Il nostro laboratorio ha solo recentemente lo sviluppo di un metodo per sintetizzare il perossido di idrogeno ricco di 17O è una delle chiavi del nostro recente lavoro. Inoltre, il nostro team di ricerca ha acquisito molta esperienza nella spettroscopia NMR a bassa temperatura negli ultimi anni, Permettendoci di condurre questa ricerca inoltre, il Dr. Henrique Teles of BASF è anche coautore di questo studio. Ha sottolineato: "Se si tenta di ottimizzare il catalizzatore sulla base di false ipotesi, è molto difficile e può guidare Sei nella direzione completamente sbagliata. Pertanto, è importante studiare questa ipotesi più attentamente. "
"Abbiamo lavorato per spiegare il meccanismo di reazione dei catalizzatori di titanio omogenei per molti anni e abbiamo scoperto contrari ai presupposti nella letteratura, che ha detto il perossido di idrogeno : "Vediamo nel presente studio che i risultati della catalisi omogenea sono applicabili anche alla catalisi eterogenea. Questo è davvero un momento speciale. "Il Dr. Thomas Lunkenbein, coautore del Fritz Haber Institute di Berlino, ha aggiunto:" Siamo molto felici di contribuire a questa ricerca e confermare queste conclusioni attraverso la nostra analisi. Questa ricerca ha un significato fondamentale per la comprensione del Centro attivo a due atomi e apre nuove possibilità per la ricerca sui catalizzatori. "
Lo sviluppo di catalizzatori è spesso una scatola nera, che si basa su molti esperimenti, screening su larga scala e fortuna. Comprendere la struttura dei siti attivi richiesti è fondamentale per lo sviluppo razionale del catalizzatore. È molto sorprendente chiarire il meccanismo di reazione del catalizzatore eterogeneo TS-1, che fornisce una nuova illuminazione per questo catalizzatore di 40 anni, che aiuterà a migliorare e sviluppare altri catalizzatori omogenei ed eterogenei.
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