Дослідження Mo(VI) оксо-структур на поверхні цілеспрямовано створених модельних систем MoO3/Al2O3 ТА MoO3/SiO2
Анотація
Модельні системи MoO3/Al2O3 і MoO3/SiO2 з добре визначеною структурою були цілеспрямовано створені закріпленням MoOCl4 на поверхні наночастинок пірогенних носіїв Al2O3 і SiO2. Подальший гідроліз закріплених груп водяною парою та наступна термічна обробка приводили до утворення Mo(VI) оксо-структур на поверхні носіїв. Застосуванням циклів закріплення-гідролізу синтезовано модельні системи MoO3/Al2O3 із вмістом молібдену 1.10, 1.92 та 2.34 Мо/нм2. Синтезовані системи MoO3/SiO2 мали вміст молібдену 0.82, 1.05 та 1.21 Mo/нм2. У синтезованих системах MoO3/Al2O3 і MoO3/SiO2 із вмістом молібдену нижче відповідно 2.34 і 1.21 Mo/нм2 не спостерігалося рентгенівської дифракційної картини, характерної для кристалітів MoO3. Це підтверджує, що використаний спосіб синтезу привів до утворення високодисперсних Mo(VI) оксо-структур на поверхні як Al2O3, так і SiO2 носіїв. Ступінь агрегації Mo(VI) оксо-структур залежить від природи поверхні носія та вмісту молібдену. Збільшення вмісту молібдену на поверхні як Al2O3, так і SiO2 носіїв приводить до підвищення ступеня агрегації Mo(VI) оксо-структур. На поверхні Al2O3 при вмісті молібдену, що відповідає або перевищує кількість наявних гідроксильних груп, мономерні Mo(VI) оксо-структури є переважаючими. При більш високому вмісті молібдену було виявлено утворення полімерних Mo(VI) оксо-структур. На поверхні SiO2 при вмісті молібдену, що відповідає або перевищує кількість наявних гідроксильних груп, спостерігалася одночасна присутність мономерних і полімерних Mo(VI) оксо-структур.
Посилання
1. Li L., Scott S. L. X-ray Absorption Spectroscopy Investigation into the Origins of Heterogeneity in Silica-Supported Dioxomonomolybdates. J. Phys. Chem. C. 2021. 125(42): 23115. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.1c05559
2. Savinelli R. O., Scott, S. L. Wavelet transform EXAFS analysis of mono- and dimolybdate model compounds and a Mo/HZSM-5 dehydroaromatization catalyst. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010. 12(21): 5660. https://doi.org/10.1039/b926474d
3. Yamamoto K., Chan K. W., Mougel V., Nagae H., Tsurugi H., Safonova O. V., Mashima K., Copéret C. Silica-supported isolated molybdenum di-oxo species: formation and activation with organosilicon agent for olefin metathesis. Chem. Commun. 2018. 54(32): 3989. https://doi.org/10.1039/C8CC01876F
4. Berkson Z. J., Bernhardt M., Schlapansky S. L., Benedikter M. J., Buchmeiser M. R., Price G. A., Sunley G. J., Copéret Ch. Olefin-Surface Interactions: A Key Activity Parameter in Silica-Supported Olefin Metathesis Catalysts. JACS Au. 2022. 2: 777. https://doi.org/10.1021/jacsau.2c00052
5. Berkson Z. J., Zhu R., Ehinger Ch., Lätsch L., Schmid S. P., Nater D., Pollitt S., Safonova O. V., Björgvinsdóttir S., Barnes A. B., Román-Leshkov Y., Price G. A., Sunley G. J., Copéret Ch. Active Site Descriptors from 95Mo NMR Signatures of Silica-Supported Mo-Based Olefin Metathesis Catalysts. J. Am. Chem. Soc. 2023. 145: 12651. https://doi.org/10.1021/jacs.3c02201
6. Guo C.S., Hermann K., Havecker M., Thielemann J.P., Kube P., Gregoriades L.J., Trunschke A., Sauer J., Schlogl R. Structural Analysis of Silica-Supported Molybdena Based on X-ray Spectroscopy: Quantum Theory and Experiment. J. Phys. Chem. C. 2011. 115(31): 15449. https://doi.org/10.1021/jp2034642
7. Handzlik J., Kurleto K., Gierada M. Computational Insights into Active Site Formation during Alkene Metathesis over a MoOx/SiO2 Catalyst: The Role of Surface Silanols. ACS Catal. 2021. 11: 13575. https://doi.org/10.1021/acscatal.1c03912
8. Kurleto K., Tielens F., Handzlik J. Isolated Molybdenum(VI) and Tungsten(VI) Oxide Species on Partly Dehydroxylated Silica: A Computational Perspective. J. Phys. Chem. C. 2020. 124(5): 3002. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b09586
9. Nasiedkin D.B., Nazarchuk M.O., Grebenyuk A.G., Sharanda L.F., Plyuto Yu.V. Quantum chemical simulation of MoO3 dispergation on hydroxylated SiO2 surface. Surface. 2021 13(28): 75. https://doi.org/10.15407/Surface.2021.13.075
10. Louis C., Che. M. EPR and diffuse reflectance studies of the physico-chemical phenomena occurring during the preparation of Mo/SiO2 catalysts by the grafting method. J. Catal. 1992. 135: 156. https://doi.org/10.1016/0021-9517(92)90277-O
11. Louis C., Che M., Anpo M. Characterization and modeling of the Mo species in grafted Mo/SiO2 catalysts after redox thermal treatments. J. Catal. 1993. 141: 453. https://doi.org/10.1006/jcat.1993.1154
12. Fricke R., Hanke W., Ohlmann G. Studies on catalytically active surface compounds: IV. Preparation of Mo/SiO2 catalysts from MoCl5 studied by ESR and UV-vis spectroscopy. J. Catal. 1983. 79: 1. https://doi.org/10.1016/0021-9517(83)90284-1
13. Maksimowski P., Skupinski W. Catalytic activity of supported tungsten and molybdenum complexes in olefin metathesis. J. Mol Catal. 1991. 65: 187. https://doi.org/10.1016/0304-5102(91)85095-J
14. Jason K., Jun-Young J., In-Gyu Ch., Yeong-Cheol K.. Search for adsorption geometry of precursor on surface using genetic algorithm: MoO2Cl2 on SiO2 surface. J. Korean Ceram. Soc. 2020. 57: 669. https://doi.org/10.1007/s43207-020-00079-0
15. Kim H.-K., Lee N.-Y., Kim Y.-Ch. Evaluation of vapor pressure of MoO2Cl2 and its initial chemical reaction on a SiO2 surface by ab initio thermodynamics. Curr. Appl. Phys. 2024. 61: 115. https://doi.org/10.1016/j.cap.2024.02.016
16. Handzlik J., Ogonowski J., Stoch J., Mikolajczyk M. Comparison of metathesis activity of catalysts prepared by anchoring of MoO2(acac)2 on various supports. Catal. Lett. 2005. 101(1-2): 65. https://doi.org/10.1007/s10562-005-3751-7
17. Iwasawa Y., Ogasawara S. Spectroscopic study on the surface structure and environment of fixed Mo catalysts prepared by use of Mo( -C3H5)4. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1979. 1: 1465. https://doi.org/10.1039/f19797501465
18. Haber J. Molybdenum Compounds in Heterogeneous Catalysis. Stud. Inorg. Chem. 1994. 19: 477. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-88198-4.50015-2
19. Topsøe H., Clausen B.S., Massoth F.E. Hydrotreating Catalysis. In: Catalysis. Catalysis-Science and Technology (Berlin: Springer, 1996). https://doi.org/10.1007/978-3-642-61040-0_1
20. Lwin S., Wachs I. E. Olefin Metathesis by Supported Metal Oxide Catalysts. ACS Catalysis. 2014. 4(8): 2505. https://doi.org/10.1021/cs500528h
21. Fierro J. L. G., Mol J. C. Metathesis of Olefins on Metal Oxides. In: Metal Oxides: Chemistry and Applications (Boca Raton, FL: CRC Press, 2006).
22. Iwasawa Y. Chemical Design Surfaces for Active Solid Catalysts. In: Advances in Catalysis (Orlando, FL: Academic Press. Inc., 1987). https://doi.org/10.1016/S0360-0564(08)60094-2
23. Massoth E. F. Characterization of Molybdena Catalysts. Adv. Catal. 1978. 27: 265. https://doi.org/10.1016/S0360-0564(08)60058-9
24. Patent EP 2 985 077 A1. Mostafa T., Philipse H. J. F., Garro, A., Norsic S., Szeto K., Rouge P. Supported molybdenum or tungsten complexes, its preparation and use in olefin metathesis.
25. Gun'ko V. M., Chuiko A. A. Chemical Reactions at Fumed Silica Surfaces. In Colloidal Silica: Fundamentals and Applications (Boca Raton, FL: Taylor & Francis, 2005).
26. Schreiber L. B., Vaughan R. W. A nuclear magnetic resonance investigation of high surface area silica-aluminas. J. Catal. 1975 40: 226. https://doi.org/10.1016/0021-9517(75)90250-X
27. Roark R. D., Kohler S. D., Ekerdt J. G. Role of silanol groups in dispersing Mo(VI) on silica. Catal. Lett. 1992. 16: 71. https://doi.org/10.1007/BF00764356
28. Fournier M., Louis C., Che M., Chaquin P., Masure D. Polyoxometallates as models for oxide catalysts : Part I. An UV-visible reflectance study of polyoxomolybdates: Influence of polyhedra arrangement on the electronic transitions and comparison with supported molybdenum catalysts. J. Catal. 1989. 119: 400. https://doi.org/10.1016/0021-9517(89)90170-X
29. Masure D., Chaquin P., Louis C., Che M., Fournier M. Polyoxometallates as models for oxide catalysts : Part II. Theoretical semi-empirical approach to the influence of the inner and outer Mo coordination spheres on the electronic levels of polyoxomolybdates. J. Catal. 1989. 119: 415. https://doi.org/10.1016/0021-9517(89)90171-1
30. Williams C. C., Ekerdt J. G., Jehng J.-M., Hardcastle F. D., Turek A. M., Wachs I. E. A Raman and ultraviolet diffuse reflectance spectroscopic investigation of silica-supported molybdenum oxide. J. Phys. Chem. 1991. 95: 8781. https://doi.org/10.1021/j100175a067
31. Williams C. C., Ekerdt J. G., Jehng J.-M., Hardcastle F. D., Wachs I. E. A Raman and ultraviolet diffuse reflectance spectroscopic investigation of alumina-supported molybdenum oxide. J. Phys. Chem. 1991. 95: 8791. https://doi.org/10.1021/j100175a068
32. Liu T. C., Forissier M., Coudurier G., Vedrine J. C. Properties of molybdate species supported on silica. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1989. 1: 1607. https://doi.org/10.1039/f19898501607
33. Caceres C. V., Fierro J. L. G., Lopez A. A., Blanco M. N., Thomas H. J. Preparation and characterization of equilibrium adsorption-prepared molybdena-alumina catalysts. J. Catal. 1985. 95: 501. https://doi.org/10.1016/0021-9517(85)90128-9
34. Morey, M. S.; Bryan, J. D.; Schwarz, S.; Stucky, G. D. Pore Surface Functionalization of MCM-48 Mesoporous Silica with Tungsten and Molybdenum Metal Centers: Perspectives on Catalytic Peroxide Activation. Chem. Mat. 2000. 12(11): 3435. https://doi.org/10.1021/cm001001t
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
