在多相催化剂领域，通过羟基固定金属前驱体以在SiO2表面形成高度分散的金属中心已受到越来越多的关注。然而，羟基衍生的吸附水在SiO2上的特殊作用一般被忽略，导致对其合成机理缺乏更深入的了解。
近日，昆明理工大学罗永明和何德东等探究了在SiO2载体上合成高度分散的Td-Co(II)中心(Td-Co(II)/SBA-15)过程中吸附水的作用。实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，完全配位的[Co(H2O)6]2+与载体上的羟基之间的静电相互作用对于稳定前驱体非常重要。也就是说，[Co(H2O)6]2+是通过硅羟基中的氧和[Co(H2O)6]2+上水中的氢之间的氢键(静电相互作用)连接的。随后，生成的[Co(H2O)6]2+被羟基中的氧锚定形成高度分散的Td-Co(II)中心。值得注意的是，[Co(H2O)6]2+的存在降低了SBA-15的SiO2载体上脱羟基过程的自由能，这为形成所需的Td-Co(II)位点创造了有利条件。研究人员利用制备的Td-Co(II)/SBA-15进行催化丙烷脱氢(PDH)实验。结果表明，在600°C下，Co含量为2%的催化剂上，C3H8转化率和C3H6选择性分别为37%和96%。更重要的是，与其他报道的钴基催化剂相比，Td-Co(II)/SBA-15表现出明显的最大反应速率，表明开发的催化剂提供了PDH的潜在应用。此外，已知Co3O4和金属Co的结构最有可能导致C-C键的裂解，导致CH4和一些焦炭前体的形成，而高度分散的Td-Co(II)被认为是碳氢化合物C-H活化的有效结构，这清楚地解释了为什么Td-Co(II)/SBA-15催化剂对PDH具有更好的催化反应性能。该项研究揭示了SiO2吸附水能够诱导形成高分散钴(II)中心，为设计高反应活性的钴基PDH催化剂提供了有效的策略。Illustrating New Understanding of Adsorbed Water on Silica for inducing Tetrahedral Cobalt(II) for Propane Dehydrogenation. Nature Communication, 2023. DOI: 10.1038/s41467-022-35698-0
