Cu2(μ-O)2+- 교환된 AEI, CHA, AFX 및 MFI 제올라이트에 의한 메탄을 메탄올로의 직접 전환에서 제올라이트 구속 및 Cu–O–Cu 각도의 역할

메탄 수산화에 대한 Cu-교환 제올라이트 촉매에 대한 최근 관심은 메탄올을 생산하는 소공 Cu-제올라이트인 Cu-SSZ-13 (Cu-CHA), Cu-SSZ-16 (Cu-AFX), Cu-SSZ-39 (Cu-AEI)로 확대되었습니다. 이들은 중공 Cu-ZSM-5 (Cu-MFI) 및 대공 Cu-모르덴 차 (Cu-MOR) 제올라이트에 비해 구리 원자당 더 많은 메탄올을 생성하는 것으로 보고되었습니다. 이러한 매혹적인 촉매 활동의 본질을 밝혀내기 위해, Cu2(μ-O)2+-교환된 AEI, CHA, AFX, 및 MFI 제올라이트에서 메탄의 메탄올로의 직접 전환에 대한 밀도 함수 이론(DFT) 기반의 이론적 조사가 주기적 시스템에서 수행되었습니다. DFT 계산 결과, Cu2(μ-O)2+-AEI, -CHA, 및 -AFX 제올라이트에 의한 C–H 결합 해리의 중요한 활성화 에너지가 Cu2(μ-O)2+-MFI 제올라이트에 대한 것보다 낮음을 보여주었습니다. 또한, 2Cu2+-AEI 제올라이트에 의한 메탄올 탈착 및 N2O 분해의 속도 결정 단계도 낮은 장벽이 필요하여 Cu2(μ-O)2+-AEI 제올라이트가 메탄을 메탄올로 직접 전환하는 데 매우 활성이 있음을 나타냅니다. 분자 궤도 분석 결과, AEI, CHA, AFX, 및 MFI 제올라이트는 C–H 결합 절단을 위한 전이 상태를 안정화하는 유사한 구속 효과를 발휘하는 것으로 나타났습니다. 더불어 제올라이트 고리 구조의 변화로 인해 Cu–O–Cu 각도가 감소하면 Cu2(μ-O)2+-제올라이트의 수용체 궤도 에너지가 낮아져 전이 상태를 더욱 안정화합니다. 우리는 이 두 가지 요인이 메탄 활성화에서 중요한 역할을 한다고 결론지었습니다.