TiO2界面甲醛转化机理研究

甲醛分子在多种工业催化反应中扮演了多种角色，包括反应物、中间体、产物等，因此，对甲醛在异相催化反应中的转化过程进行研究为理解多种甲醛相关反应提供了经验，并能够有效的促进更高效率催化剂的制备合成。在甲醛转化过程中有两种主要中间体，其中亚甲二氧基（dioxymethylene）向甲酸的转化过程是其中关键性一步，该过程有三种可能途径，包括亚甲二氧基的直接分解、亚甲二氧基和界面氧结合、Cannizzaro反应。

有鉴于此，中国科学院生态环境研究中心张长斌等研究了TiO₂、TiO₂/贵金属界面上亚甲二氧基和界面OH官能团的反应转化为甲酸的过程。

本文要点

要点1. DRIFT研究结果显示在TiO₂界面上的水蒸气有助于将亚甲二氧基转化为甲酸的过程，在TiO₂界面上负载Ir/Pt贵金属有效促进了活化H₂O，显著提高了亚甲二氧基转化为甲酸的反应动力学。DFT计算结果显示首先HCHO和催化剂表面的OH官能团反应生成亚甲二氧基，随后亚甲二氧基和TiO₂界面上的端基OH官能团反应生成甲酸。

要点2. 计算结果显示，亚甲二氧基和端基OH的反应步骤是热力学、动力学都能自发进行。以上结果为甲醛转化反应和TiO₂界面上的羟基物种作用提供了证据。

Xueyan Chen, Guangzhi He, Yao-bin Li, Min Chen, Xiaoxiao Qin, Changbin Zhang*, and Hong He. Identification of a Facile Pathway for Dioxymethylene Conversion to Formate catalyzed by Surface Hydroxyl on TiO₂-based Catalyst, J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI：10.1021/acscatal.0c01901

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c01901