1. La fonction de régulation acido-basique des groupes hydroxyles de surface
Les groupes hydroxyle (-OH) peuvent présenter une acidité ou une alcalinité à la surface des oxydes métalliques sous forme de réception ou d'apport de protons. En ajustant la quantité et la distribution des groupes hydroxyle, un contrôle précis de l'acidité et de l'alcalinité de la surface peut être obtenu, affectant ainsi la voie d'activation et la sélectivité des réactions catalytiques.
2. L'influence sur la structure électronique et le comportement d'adsorption
La présence de groupes hydroxyles peut modifier la densité électronique locale à la surface, régulant ainsi la structure électronique des sites actifs. Les simulations de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) indiquent que différentes densités d'hydroxyle (telles que l'hydroxyle pontant et l'hydroxyle pseudo-pont) entraînent des différences significatives dans l'énergie de liaison de surface et la répartition des charges, qui affectent directement la force d'adsorption et l'énergie d'activation des molécules de substrat.
3. Mécanisme toxique provoqué par l’adsorption des molécules d’eau
Dans l'environnement de réaction réel, les molécules d'eau s'adsorberont et se dissocieront pour former des groupes hydroxyles de surface, formant ainsi un « empoisonnement par l'eau ». Ces groupes hydroxyle nouvellement générés occuperont les sites actifs d’origine (tels que les lacunes en oxygène), empêchant la régénération des lacunes en oxygène et conduisant à un déclin rapide de l’activité du catalyseur.
4. Contrôle fin de la densité d'hydroxyle et de la distribution spatiale
La disposition spatiale des groupes hydroxyle (pontage, pseudo-pontage, groupes hydroxyle individuels) détermine les propriétés géométriques et chimiques de la structure de surface. En ajustant la couverture des groupes hydroxyle, un contrôle systématique de la polarité de la surface, de l'équilibre hydrophile/hydrophobe et de la stabilité thermodynamique des catalyseurs peut être obtenu.
5.Protection et réactivation des sites actifs
Par fonctionnalisation de surface ou introduction de molécules hydrophobes, l'accumulation excessive de groupes hydroxyle peut être sélectivement éliminée ou évitée, protégeant ainsi les sites actifs et rétablissant l'utilisation cyclique des lacunes en oxygène. Ce type de méthode d’ingénierie peut améliorer considérablement l’activité intrinsèque des catalyseurs d’oxydes de métaux de transition.
