Die Sauerstoffleerstelle (Ov) beeinflusst den Oxidationsprozess durch Sauerstoffadsorption und -aktivierung erheblich. Die Elementdotierung kann Sauerstoffleerstellen auf Titandioxid (TiO2) erzeugen, aber die Auswirkungen der Dotierstoffe auf die Oxidationsreaktion über Sauerstoffleerstelle bleiben unklar.
Ein Forschungsteam des Forschungszentrums für Öko-Umweltwissenschaften der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat kürzlich eine Sauerstoffleerstelle hergestellt, indem es Stickstoff in Anatas-TiO2 dotiert hat. Ihre Ergebnisse wurden in veröffentlicht Zellberichte Physikalische Wissenschaft.
Um Sauerstoffleerstellen mit unterschiedlichen Strukturen herzustellen, dotierten die Forscher Stickstoff (N) und Bor (B) in Anatas-TiO2 (N-TiO2 und B-TiO2). Sowohl N-–Ti3+–Ov als auch Ti3+–Ov wurden in N-TiO2 beobachtet, aber nur Ti3+–Ov in TiO2 und B-TiO2. Die Ergebnisse zeigten, dass N-–Ti3+–Ov bei der O2-Aktivierung reaktiver ist als Ti3+–Ov.
Darüber hinaus verbessern die in N-TiO2 gebildeten aktiven N-Ti3+-Ov-Zentren die thermische Ausbeute und Selektivität der Oxidation der primären C-H-Bindungen in Toluol erheblich.
Die Adsorption und Aktivierung von O2 sind der geschwindigkeitsbestimmende Schritt bei der selektiven Oxidation primärer C-H-Bindungen in Toluol. N-–Ti3+–Ov als Elektronendonoren trugen zu einer schnellen Bildung von Supersauerstoffspezies (·O2-) bei, die sich als aktiver Sauerstoff für die primäre C-H-Bindungsoxidation erwiesen.
Die Herstellung von N-–Ti3+–Ov-Zentren eröffnet einen neuen Weg für Dotierstoffe zur Verbesserung der Sauerstoffleerstellenreaktivität und der primären C–H-Oxidationsselektivität.
Cheng Chen et al, Elektronenspendende N-–Ti3+–Ov-Grenzflächenstellen mit hoher Selektivität für die Oxidation primärer C–H-Bindungen, Zellberichte Physikalische Wissenschaft (2022). DOI: 10.1016/j.xcrp.2022.100936