Il nanoreattore di elio superfluido porta la comprensione della catalisi di un singolo atomo a un livello superiore

I chimici hanno isolato un atomo d'oro in un nanoreattore di elio liquido super raffreddato per creare un catalizzatore a singolo atomo che eviti le interazioni superficiali. L'oro è contenuto in un complesso di van der Walls con il reagente, in questo caso una molecola diolo. Utilizzando una combinazione di spettrometria di massa e calcoli teorici, il team ha scoperto come l'oro catalizza una reazione che divide il diolo in due.
I catalizzatori a singolo atomo sono generalmente legati a una superficie. In questo caso, le forze di van der Waals trattengono liberamente l'atomo d'oro alla molecola di diolo, lasciandolo libero da qualsiasi interazione superficiale indesiderata. "Da un punto di vista della chimica quantistica, il coinvolgimento di una superficie può complicare notevolmente gli studi meccanicistici.
L'effetto della superficie è difficile da prevedere perché dipende dall'ambiente", afferma Shengfu Yang dell'Università di Leicester, Regno Unito, che ha guidato il lavoro con Jinlong Yang dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina. "L'aspetto più interessante per me è stato l'approccio sperimentale per posizionare un atomo d'oro all'interno di una gocciolina di elio e per eseguire la reazione lì", commenta Gareth Parkinson, esperto di scienze delle superfici e catalisi di un singolo atomo presso l'Università della Tecnologia di Vienna, in Austria. "Ovviamente, questo sistema è molto diverso dalla normale catalisi a singolo atomo perché non c'è supporto.
Nella maggior parte dei casi, il legame al supporto modifica le proprietà degli atomi di metallo e la combinazione è responsabile dell'attività catalitica." Rimuovendo tutte le altre influenze, il gruppo ha svelato l'effetto diretto dell'atomo d'oro sulla reazione di dissociazione. Dando uno sguardo teorico al sistema, Yang dice "abbiamo scoperto che tutti i legami carbonio-carbonio nei cationi complessi diolo-oro sono notevolmente rafforzati ed entrambi i legami carbonio-ossigeno sono indeboliti.
Di conseguenza, la scissione del carbonio - i legami dell'ossigeno sono diventati preferenziali, portando alla formazione di C2H4 +. "Sperimentalmente, la formazione altamente selettiva dello ione C2H4 + in uno spettrometro di massa ha confermato il meccanismo. Yang conclude: "Spero che questo possa portare a una comprensione generale della catalisi a livello molecolare e, in definitiva, possiamo sviluppare catalizzatori ad alte prestazioni progettando piuttosto che cucinando.
" Riferimenti Questo articolo è ad accesso aperto S Yang et al, Chem. Sci., 2020, DOI: 10.
1039 / d0sc03523h Argomenti Catalisi oro Importa Reazioni e sintesi Catalisi a singolo atomo.