近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所理論催化創(chuàng)新特區(qū)研究組研究員肖建平團(tuán)隊(duì)、碳基能源納米材料研究組副研究員焦峰等與大連理工大學(xué)教授曲振平團(tuán)隊(duì)就甲醛氧化消除雙功能催化劑研發(fā)開(kāi)展合作，通過(guò)理論與實(shí)驗(yàn)協(xié)作，揭示了分子篩—金屬（ZSM-5||Ag）雙功能催化劑中，組分間緊密程度對(duì)甲醛氧化活性的調(diào)控機(jī)制。
通過(guò)空間分離具有不同功能的活性組分，設(shè)計(jì)構(gòu)建雙功能催化劑已經(jīng)在大量重要的多相催化反應(yīng)過(guò)程中取得成功。例如，合作團(tuán)隊(duì)前期提出的氧化物—分子篩（OXZEO）雙功能催化劑體系，有效破解了合成氣直接轉(zhuǎn)化過(guò)程中C-C偶聯(lián)精準(zhǔn)控制難的挑戰(zhàn)（Science，2016；Angew. Chem.，2018；Angew. Chem.，2019；Angew. Chem.，2020；Chem. Rev.，2021）。大量圍繞雙功能催化劑的研究已經(jīng)意識(shí)到，雙功能催化劑的綜合性能不僅由各獨(dú)立功能組分的催化特性決定，更取決于功能組分之間的緊密程度（ACS Catal.，2021）。
大連化物所揭示雙功能催化劑緊密程度關(guān)系機(jī)制
本工作中，研究人員發(fā)現(xiàn)ZSM-5與Ag納米顆粒之間緊密程度存在“火山型曲線”關(guān)系，即不同活性組分之間并非“越緊密越好”關(guān)系。同步輻射時(shí)間飛行質(zhì)譜、原位紅外光譜及模型實(shí)驗(yàn)共同證明，該過(guò)程中甲醛首先被分子篩B酸位點(diǎn)轉(zhuǎn)化為甲酸甲酯中間物種。相較于甲醛，甲酸甲酯可以在更低溫度被Ag氧化消除。而分子篩與Ag混合過(guò)于緊密情況下，無(wú)法保證甲醛被完全轉(zhuǎn)化為甲酸甲酯。未消耗的甲醛分子會(huì)吸附占據(jù)Ag活性位，進(jìn)而抑制了甲酸甲酯在Ag位點(diǎn)的氧化效率，導(dǎo)致雙功能催化劑綜合活性降低。理論計(jì)算進(jìn)一步驗(yàn)證了上述結(jié)論，并發(fā)現(xiàn)Ag催化甲酸甲酯氧化路徑，可有效抑制甲醛直接氧化過(guò)程中難以被進(jìn)一步氧化的H2COO*（DOM）中間體的形成，因此提高了催化活性。
相關(guān)研究成果以“Bifunctional Zeolites-silver Catalyst Enabled Tandem Oxidation of Formaldehyde at Low Temperatures”為題，發(fā)表在《自然—通訊》（Nature Communications）上。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委等項(xiàng)目的資助。
