W czasopiśmie Nature Communications opublikowany został artykuł naukowy autorstwa członków Grupy Chemii Zeolitów – dr inż. Karoliny Tarach i prof. dr hab. Kingi Góry-Marek. Publikacja zatytułowana „Charge-separation driven mechanism via acylium ion intermediate migration during catalytic carbonylation in mordenite zeolite” została przygotowana we współpracy z naukowcami z State Key Laboratory of Magnetic Resonance and Atomic and Molecular Physics, National Center for Magnetic Resonance in Wuhan.
Unikalna architektura mikroporów zeolitów oraz towarzysząca im obecność centrów kwasowych o wysokiej mocy odpowiada za kształtoselektywne działanie tych materiałów jako katalizatorów. Są one wykorzystywane do prowadzenia reakcji karbonylowania metanolu (reakcja pomiędzy cząsteczką metanolu (MeOH) i tlenku węgla(II)), która stanowi dogodną ścieżkę tworzenia wiązania węgiel-węgiel w stosunkowo niskich temperaturach. Przykładowo, karbonylowanie metanolu lub eteru dimetylowego (DME) za pomocą CO jest opłacalnym procesem produkcji octanu metylu (MA) lub kwasu octowego. Za wysoką selektywność produkcji MA w obecności zeolitu mordenitu odpowiada tzw. efekt uwiezienia nieodłącznie związany z unikalną strukturą tego katalizatora. Autorzy pracy wykorzystując symulacje metodami dynamiki molekularnej ab initio, spektroskopię NMR i metodologię rapid scan FT-IR połączoną z dwuwymiarową analizą korelacyjną (2D COS) zaproponowali nową ścieżkę tworzenia MA poprzez jon acyliowy (CH3−C ≡ O+) przemieszczający się z 8-członowych kanałów do 12-członowych kanałów zeolitu gdzie ma miejsce reakcja z metanolem. Mechanizm różni się od tych dotychczas proponowanych w literaturze, w których tworzenie cząsteczki MA w sposób uprzywilejowany miało zachodzić w kanałach 8-członowych tego katalizatora, bez uwzględnienia jakiejkolwiek roli centrów aktywnych zlokalizowanych w kanałach 12-członowych. W opracowanym modelu Autorzy po raz pierwszy zaproponowali rozdzielenie dwóch stref reakcji pomiędzy te znajdujące się w kanałach 12- i 8-członowych pokazując jednocześnie synergię obu procesów dla zrozumienia pełnego cyklu katalitycznego. Wykazano, iż tworzenie wiązania węgiel-węgiel zachodzi w kanale 8-członowym, a następcze formowanie MA z udziałem cząsteczki metanolu zachodzi w kanale 12-członowym. Proces ten, w odróżnieniu od dotychczas proponowanych mechanizmów, jest nie tylko kinetycznie i termodynamicznie uprzywilejowany, ale i wyjaśnia skutecznie zapobieganie agregacji wysoce aktywnych form acetylowych lub cząsteczek ketenu. Co więcej, dzięki temu ograniczone zostaje formowanie niepożądanego, dezaktywującego katalizator depozytu węglowego. Publikacja dostępna jest w formacie open access.
Autorom serdecznie gratulujemy!
Zgodnie z wykazem czasopism naukowych i recenzowanych materiałów z konferencji międzynarodowych Ministerstwa Edukacji i Nauki liczba punktów przypisana czasopismu Nature Communications wynosi 200 (Impact Factor czasopisma to 17,694).