由于条件温和,活性高,生物质脂肪酸光脱羧制烷烃具有巨大的碳氢化合物潜力和经济效益。 基于此,西班牙瓦伦西亚理工大学Hermenegildo García和四川大学胡长伟教授等已有报道使用TiO2负载的单金属Au或PD和双金属Au-PD催化剂(Au TiO2、PD TiO2、Au-PD TiO2)将己酸脱羧成烷烃。 与单金属金类似物相比,双金属Au-PD催化剂表现出更好的光催化性能,在无H2的情况下,双金属Au-PD催化剂的己酸转化率达到947%,对戊烷的选择性接近100%。
VASP解读
通过DFT计算,作者研究了15au-0.8PD TiO2(表示为au@pd)上光脱羧反应的位点和机理。 结果表明,TiO2(101)表面和金属表面(au@pd、Au和PD)对羧酸具有较强的吸附能。 TiO2(101)表面反应表面积大,空穴浓度高,是氧化反应位点。 半氧化反应机理的可能步骤如下:
第一步是羧酸的吸附,计算出吸附能为-071 EV,表明羧酸分子与TiO2表面有很强的相互作用。 结果表明,羧酸与TiO2表面存在较强的相互作用,有利于后续反应。
此外,还有可能的还原半反应机理步骤:
由于R在au@pd、Au和PD表面的吸附也比TiO2(101)表面更有利,因此作者认为金属纳米颗粒是还原反应的场所。 Pd和Au对H和R的吸附性较强,随后形成H-R键的过电位表明au@pd和Pd的过电位低于Au。 需要注意的是,PD具有较高的H-R解吸能,导致初始反应速率和转化率高于Au,但仍低于au@pd。 因此,au@pd具有比PD和AU更强的烷烃形成活性。
enhanced fatty acid photodecarboxylation over bimetallic au-pd core-shell nanoparticles deposited on tio2. acs catal.,, doi: 10.1021/acscatal.3c03793.