表面有機金屬化學可以為合成燃料和能量載體開辟新途徑

為了將碳氫化合物轉化為燃料，石化行業目前主要依靠非均相催化劑，該催化劑在大多數情況下都包含結構定義不明確的活性金屬位點。然而，近年來，被稱為表面有機金屬化學(SOMC)的研究領域使設計和開發了更為明確的所謂的單中心催化劑，其中可以調整金屬位置以滿足特定要求。

蘇黎世聯邦理工學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技術無法實現的。在最近發表于《自然能源》上的一篇論文中，他寫道SOMC可能為碳氫化合物轉化開辟新途徑，以及它如何有助于重要的烷烴同系化過程的發現以及對多相催化劑的理解。

Copéret告訴TechXplore：“我有興趣了解復雜的系統，例如分子水平的多相催化劑。” “為實現這一目標，我們的實驗室已發展出專業知識，可以生成定義明確的表面物種，其中第一步是通過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構的催化劑，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。在過去的研究中，Copéret和他的同事表明，得到的定義明確的表面位點(也稱為單位點)可以勝過均相和經典的多相催化劑。

這些催化劑的性能遠遠好于多年來在石油化學工業中使用的相應的負載型金屬氧化物復分解催化劑。后一種催化劑的一個問題是缺乏對活性位點結構的理解，這阻礙了合理的發展策略。

“近年來，我們一直在探索通過我們的SOMC方法產生清晰定義的表面類似物的方法，即通過將分子前體錨定在表面上并通過分離產生金屬隔離位點的方法，來了解工業上使用的這些負載金屬氧化物的活性位點。通過簡單的后處理除去殘留的有機配體。”Copéret解釋說。“我們的目標是生成這些定義明確的類似物，以便進行詳細的光譜學研究，最終目的是得出分子水平的結構-活性關系和開發這些多相催化劑的指導原則。”

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

由于金屬鹽，水和載體之間復雜的相互作用(涉及多次溶解/沉淀事件)，用于制備催化劑的常規技術往往會產生復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有關其金屬位點的結構信息。

Copéret說：“水和氧化物中的化學比人們想的要復雜得多。” “使用我們的方法，我們只是簡化了化學反應。”

Copéret在他最近的論文中總結了SOMC的關鍵資產，強調了其在催化和石化行業推動創新的潛力。盡管仍然有許多挑戰需要克服，但他認為SOMC最終可以幫助增進人們對分子水平催化事件的了解。