L'utilisation de catalyseurs de palladium (PD) ou de platine (PT) pour l'électrooxydation du propylène offre une voie durable pour produire des composés organiques précieux contenant de l'oxygène utilisé dans divers processus industriels. Cependant, les raisons pour lesquelles ces catalyseurs produisent différents produits en fonction du potentiel appliqué sont restés clairs.
Un groupe de recherche a offert une plus grande clarté avec une nouvelle étude récemment publiée dans le Journal de l'American Chemical Society. Ils ont combiné plusieurs techniques théoriques avancées – les calculs de théorie fonctionnelle de la densité de densité (DFT), les analyses de la densité et la modélisation microkinétique de la modélisation microkinétique – pour cartographier le réseau de réaction complet de l'électroxydation du propylène. Leurs résultats révèlent que les modifications des surfaces des électrodes PD et PT sous les potentiels de travail régissent les produits formés.
Une façon de comprendre cela est d'imaginer la surface du catalyseur comme une clé qui modifie la forme en fonction de la tension appliquée. Pour les électrodes PD, l'augmentation du potentiel (0,7–1,4 V par rapport à RHE) modifie progressivement la surface d'une PD métallique couverte par l'oxygène à un APD avec une hydroxylation partielle.
À mesure que la forme « clé » change, il déverrouille différentes voies de réaction, passant le produit principal de l'acroléine à l'acétone et au propylène glycol. En revanche, l'électrode PT maintient une prise de force stable2 Surface avec une hydroxylation partielle à travers la plage de potentiel étudiée (1,2–1,6 V par rapport à RHE), produisant systématiquement de l'oxyde de propylène et de l'acétone.
Ce travail résout des questions de longue date sur ce qui détermine les produits de l'électrooxydation du propylène sur les catalyseurs PD et PT. Les informations peuvent guider la conception de meilleurs catalyseurs pour la production chimique durable en mettant en évidence l'importance de la reconstruction de surface et de la commutation active du site dans des conditions de travail.
L'équipe de recherche a également utilisé la plate-forme de catalyse numérique, développée par le laboratoire Hao Li, pour soutenir ses analyses et leur modélisation.
« Comprendre comment la reconstruction de surface affecte la sélectivité des réactions, c'est comme découvrir comment la forme d'une clé contrôle les portes qu'il peut ouvrir. Avec ces connaissances, nous pouvons concevoir des catalyseurs pour produire des produits chimiques cibles plus efficacement », a déclaré Hao Li (WPI-AIMR, Université Tohoku), qui a dirigé la recherche.
