由於條件溫和,活性高,生物質脂肪酸光脫羧制烷烴具有巨大的碳氫化合物潛力和經濟效益。 基於此,西班牙瓦倫西亞理工大學Hermenegildo García和四川大學胡長偉教授等已有報道使用TiO2負載的單金屬Au或PD和雙金屬Au-PD催化劑(Au TiO2、PD TiO2、Au-PD TiO2)將己酸脫羧成烷烴。 與單金屬金類似物相比,雙金屬Au-PD催化劑表現出更好的光催化效能,在無H2的情況下,雙金屬Au-PD催化劑的己酸轉化率達到947%,對戊烷的選擇性接近100%。
VASP解讀
通過DFT計算,作者研究了15au-0.8PD TiO2(表示為au@pd)上光脫羧反應的位點和機理。 結果表明,TiO2(101)表面和金屬表面(au@pd、Au和PD)對羧酸具有較強的吸附能。 TiO2(101)表面反應表面積大,空穴濃度高,是氧化反應位點。 半氧化反應機理的可能步驟如下:
第一步是羧酸的吸附,計算出吸附能為-071 EV,表明羧酸分子與TiO2表面有很強的相互作用。 結果表明,羧酸與TiO2表面存在較強的相互作用,有利於後續反應。
此外,還有可能的還原半反應機理步驟:
由於R在au@pd、Au和PD表面的吸附也比TiO2(101)表面更有利,因此作者認為金屬奈米顆粒是還原反應的場所。 Pd和Au對H和R的吸附性較強,隨後形成H-R鍵的過電位表明au@pd和Pd的過電位低於Au。 需要注意的是,PD具有較高的H-R解吸能,導致初始反應速率和轉化率高於Au,但仍低於au@pd。 因此,au@pd具有比PD和AU更強的烷烴形成活性。
enhanced fatty acid photodecarboxylation over bimetallic au-pd core-shell nanoparticles deposited on tio2. acs catal.,, doi: 10.1021/acscatal.3c03793.