Mechanism of the Decomposition of Aqueous Hydrogen Peroxide over Heterogeneous TiSBA15 and TS-1 Selective Oxidation Catalysts: Insights from Spectroscopic and Density Functional Theory Studies

催化作用 过氧化氢 化学 分解 水溶液 密度泛函理论 无机化学 乙腈 光化学 物理化学 有机化学 计算化学
作者
Chang Won Yoon,Kurt F. Hirsekorn,Michael L. Neidig,Xinzheng Yang,T. Don Tilley
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:1 (12): 1665-1678 被引量:95
标识
DOI:10.1021/cs2003774
摘要

The Ti-based heterogeneous catalysts TiSBA15, BucapTiSBA15, TS-1, and [Ti,Al]-MFI were investigated with respect to controlling factors for the competitive decomposition of aqueous H2O2 during selective catalytic oxidations. DRUV–vis spectroscopy revealed that the titanium species in these materials exist mainly in isolated, tetrahedral coordination environments. The observed rates of H2O2 decomposition at 65 °C in acetonitrile decreased in the following order: BucapTiSBA15 > TiSBA15 and TS-1 > [Ti,Al]-MFI. The decompositions of H2O2 were also monitored in the presence of inorganic additives and Brønsted acids and bases, in benzene/aqueous biphasic solutions. Significant retardation of the decomposition rates with the KH2PO4 additive was found with TiSBA15, which suggests that the KH2PO4 stabilizer may be useful for optimization of hydrogen peroxide efficiency in catalytic oxidations. DRUV–vis spectroscopy was employed to identify possible catalytically active intermediates, proposed to be Ti(IV)(OOH) species that are produced upon reaction of the Ti-based materials and H2O2. Density Functional Theory (DFT) studies starting from a molecular model, (HO)Ti[OSi(OH)3]3, suggest that three Ti(IV)(OOH) intermediates are in equilibrium, and the formation of Ti–O• and HOO• radical species may be involved in the H2O2 decomposition. In addition, the potential role of KH2PO4 in the H2O2 decomposition process, as a proton acceptor in a [Ti(OO)(HOP(O)(OH)2)] complex, has been investigated.
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