表面有机金属化学可以为合成燃料和能量载体开辟新途径

为了将碳氢化合物转化为燃料，石化行业目前主要依靠非均相催化剂，该催化剂在大多数情况下都包含结构定义不明确的活性金属位点。然而，近年来，被称为表面有机金属化学(SOMC)的研究领域使设计和开发了更为明确的所谓的单中心催化剂，其中可以调整金属位置以满足特定要求。

苏黎世联邦理工学院的教授克里斯托弗·科佩雷特(ChristopheCopéret)一直在研究SOMC在合成燃料和能量载体方面的潜力，而这种方法是迄今为止使用传统技术无法实现的。在最近发表于《自然能源》上的一篇论文中，他写道SOMC可能为碳氢化合物转化开辟新途径，以及它如何有助于重要的烷烃同系化过程的发现以及对多相催化剂的理解。

Copéret告诉TechXplore：“我有兴趣了解复杂的系统，例如分子水平的多相催化剂。” “为实现这一目标，我们的实验室已发展出专业知识，可以生成定义明确的表面物种，其中第一步是通过接枝将金属部位固定在表面上。”

为了制造具有明确定义的表面结构的催化剂，研究人员需要控制用于固定定制分子前体的表面官能度的密度和性质。在过去的研究中，Copéret和他的同事表明，得到的定义明确的表面位点(也称为单位点)可以胜过均相和经典的多相催化剂。

这些催化剂的性能远远好于多年来在石油化学工业中使用的相应的负载型金属氧化物复分解催化剂。后一种催化剂的一个问题是缺乏对活性位点结构的理解，这阻碍了合理的发展策略。

“近年来，我们一直在探索通过我们的SOMC方法产生清晰定义的表面类似物的方法，即通过将分子前体锚定在表面上并通过分离产生金属隔离位点的方法，来了解工业上使用的这些负载金属氧化物的活性位点。通过简单的后处理除去残留的有机配体。”Copéret解释说。“我们的目标是生成这些定义明确的类似物，以便进行详细的光谱学研究，最终目的是得出分子水平的结构-活性关系和开发这些多相催化剂的指导原则。”

本质上，SOMC的工作原理是通过接枝方法控制金属位点的掺入，最终使生成明确的表面位点成为可能。与工业催化剂形成鲜明对比的是，这种分子方法使建筑催化剂具有结构上具有特征性的活性位点，工业催化剂由于在水中的制备方法(例如通过沉淀或浸渍盐金属)而变得更加复杂。

由于金属盐，水和载体之间复杂的相互作用(涉及多次溶解/沉淀事件)，用于制备催化剂的常规技术往往会产生复杂的混合物和不确定的体系。另一方面，由SOMC工艺制得的催化剂往往定义更明确，从而使研究人员可以访问有关其金属位点的结构信息。

Copéret说：“水和氧化物中的化学比人们想的要复杂得多。” “使用我们的方法，我们只是简化了化学反应。”

Copéret在他最近的论文中总结了SOMC的关键资产，强调了其在催化和石化行业推动创新的潜力。尽管仍然有许多挑战需要克服，但他认为SOMC最终可以帮助增进人们对分子水平催化事件的了解。