실리케이트 -1 (TS-1)은 거의 40 년 전에 개발되었으며 프로필렌을 프로필렌 옥사이드로 전환시키는 촉매로서 성공적으로 사용되었습니다. 이것은 폴리 우레탄과 같은 중요한 상품 화학 물질입니다. 플라스틱. 이제 ETH 취리히, 쾰른 대학교, Fritz-Haber-Institute 및 BASF의 연구팀은 놀랍게도 실제 반응 메커니즘을 밝혀 냈습니다.
프로필렌 옥사이드는 화학 산업에서 중요한 상품으로 플라스틱, 부동액 및 유압 오일의 생산에 사용됩니다. 프로필렌 옥사이드의 연간 생산은 1,100 만 톤을 초과하며, 그 중 100 만 톤 이상이 과산화수소 (H2O2)로 산화되어 생성됩니다. 이 화학 반응은 티타늄 실리케이트 -1 (TS-1)에 의해 촉매된다. 티타늄 실리케이트 -1은 이산화 실리콘으로 구성된 다공성 결정질 물질이며 소량의 티타늄 원자 (100 실리콘 원자 당 약 1 내지 4 개의 티타늄 원자)를 함유한다. 물은 유일한 부산물입니다. 이 촉매 공정은 거의 40 년 전에 TS-1이 개발 된 이후로 성공적으로 적용되었지만, 특정 촉매 메커니즘은 여전히 불분명하다. 그러나 화학 연구 커뮤니티의 합의는 TS-1의 활성 부위가 분리 된 티타늄 원자 여야하며, 이는 촉매의 독특한 반응성의 기초를 제공한다는 것입니다.
ETH 취리히, 쾰른 대학교, 베를린의 프리츠-하버 인스티튜트 (Fritz-Haber Institute)의 연구팀은이 가설에 의문을 제기했다. 현재 Nature 저널에 발표 된 연구에서, 연구자들은 촉매 과정에서 두 개의 티타늄 원자가 H2O2를 활성화시켜 티타늄 원자가 실제로 분리되지 않았지만 상승 효과가 있음을 나타냅니다.
17O 고체 핵 자기 공명 스펙트럼에 따르면, 연구자들은 H2O2를 갖는 산화 공정에서 2 개의 티타늄 원자와의 과산화물 중간체를 형성 할 것이라는 것을 보여 주었다. 계산 모델링을 통해, 저자는 이들 핵장 부위가 실제로 프로필렌의 산화를 효율적으로 촉진 할 수 있음을 보여 주었다. 흥미롭게도,이 Binuclear 부위의 촉매 모드는 Peracid의 성숙 반응 메커니즘과 유사하며, 이는 올레핀 산화에 가장 오래되고 가장 중요한 시약입니다. 이 연구는 또한 이핵 부위가 프로필렌 에폭시 화에 특히 효과적이며 개선 된 촉매의 개발이 고려되어야한다는 것을 보여준다.
"이 연구에 사용 된 방법은 새로운 방법이 아닙니다. 그러나이 연구를 수행하려면 많은 일이 동시에 발생해야합니다." "우리의 실험실은 최근 17o가 풍부한 과산화수소 합성 방법의 개발이 최근의 작업의 핵심 중 하나입니다. 또한 연구팀은 최근 몇 년 동안 저온 NMR 분광학에서 많은 경험을 쌓았습니다. BASF의 Henrique Teles 박사는이 연구를 수행 할 수있게 해주었습니다.이 연구의 공동 저자이기도합니다. "허위 가정에 기초하여 촉매를 최적화하려고하면 매우 어렵고 이끌 수 있습니다. 당신은 완전히 잘못된 방향으로. 따라서이 가설을보다 신중하게 연구하는 것이 중요합니다. "
"우리는 수년간 균질 티타늄 촉매의 반응 메커니즘을 설명하기 위해 노력해 왔으며, 과산화수소가 티타늄 쌍에 의해 활성화된다는 문헌의 가정에 대한 대응을 발견했다. : "우리는 현재 연구에서 균질 한 촉매의 결과가 이종 촉매에도 적용 될 수 있음을 알 수 있습니다. 베를린의 프리츠 하버 연구소 (Fritz Haber Institute)의 공동 저자 인 토마스 런켄 베인 (Thomas Lunkenbein) 박사는 다음과 같이 덧붙였다. "우리는이 연구에 기여하고 분석을 통해 이러한 결론을 확인하게되어 매우 기쁩니다. 이 연구는 2 개 원자 활성 센터의 이해에 근본적으로 중요하며 촉매 연구를위한 새로운 가능성을 열어줍니다. "
촉매의 발달은 종종 블랙 박스로, 많은 실험, 대규모 스크리닝 및 행운에 의존합니다. 필요한 활성 부위의 구조를 이해하는 것은 촉매의 합리적인 발달에 중요합니다. 이질성 촉매 TS-1의 반응 메커니즘을 명확히하는 것은 매우 놀라운 일이며,이 40 세의 촉매에 새로운 깨달음을 제공하며, 이는 다른 균질하고 이질적인 촉매를 개선하고 개발하는 데 도움이됩니다.
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