水分子有助于金纳米催化剂表现出高催化活性

由分散在金属氧化物上的金纳米颗粒制成的纳米催化剂在包括醇在内的化欧洲杯猜球平台合物的工业选择性氧化成有价值的化学品方面具有很好的应用前景。它们表现出很高的催化活性，特别是在水溶液中。

来自Ruhr-Universität Bochum (RUB)的一组研究人员已经能够解释其中的原因:水分子在促进氧化反应所需的氧离解中发挥了积极作用。理论化学主席多米尼克·马克思教授的团队在《高影响力期刊》上发表了报告ACS催化2020年7月14日。

淘金

大多数工业氧化过程都涉及使用产生有毒或无用副产品的药剂，如氯或有机过氧化物₂将其分解以获得生产特定产品所需的氧原子将是一种更环保、更有吸引力的解决方案。

金/金属氧化物(Au/TiO)是一种很有前途的介质₂)系统中，金属氧化物二氧化钛（TiO₂)支持金纳米颗粒。欧洲杯猜球平台这些纳米催化剂可以催化分子氢、一氧化碳、特别是醇等的选择性氧化。

所有反应背后的一个关键步骤是O的离解₂这一过程中一个关键的未知因素是水的作用，因为反应发生在水溶液中。

在2018年的一项研究中，鲁尔卓越集群理论化学主席和研究领域协调员多米尼克·马克思（Dominik Marx）的RUB小组探索了溶剂化（Resolv），已经暗示水分子积极参与氧化反应：它们能够实现逐步电荷转移过程，从而导致水相中的氧离解。

现在，同一小组揭示了溶剂化促进了分子氧(O₂)在金/金属氧化物(Au/TiO₂)纳米催化剂:事实上，水分子有助于降低O的能量势垒₂离解。

研究人员量化，与气相相比，溶剂可将能源成本降低25%。“这是第一次有可能深入了解水对临界温度的定量影响₂这种纳米催化剂的活化反应——我们也知道为什么，”多米尼克·马克思说。

注意水分子

RUB的研究人员应用了计算机模拟，即所谓的从头算分子动力学模拟，其中明确地不仅包括催化剂，还包括多达80个周围的水分子。

这是深入了解液相情况的关键，液相中有水，而气相中没有水。“以前的计算工作采用了大量的简化或近似方法，无法解释如此困难的溶剂水的真正复杂性。”Niklas Siemer博士补充道，他最近基于这项研究在RUB获得了博士学位。

科学家们在高温高压下模拟实验条件，以获得氧原子的自由能分布₂在液相和气相中。最后，他们可以追溯到溶剂化效应的机械原因:水分子诱导了对氧的局部电子电荷的增加，这是锚定在纳米催化剂周围;这反过来又导致较少的能量成本的离解。

研究人员说，归根结底，这一切都与水的独特性质有关：“我们发现，水的极化性和它提供氢键的能力是氧激活的背后，”Munoz-Santiburcio博士说。根据作者的说法，新的计算策略将有助于理解和改进水和醇的直接氧化催化。

资料来源：https://www.ruhr-uni-bochum.de/en