Splitting Dioxygen over Distant Binuclear Fe Sites in Zeolites. Effect of the Local Arrangement and Framework Topology

铁白云石 阳离子聚合 沸石 化学 催化作用 氧气 丝光沸石 硅酸铝 结晶学 光化学 高分子化学 有机化学
作者
Edyta Tábor,Mariia Lemishka,Joanna E. Olszówka,Kinga Mlekodaj,Jiřı́ Dědeček,Prokopis C. Andrikopoulos,Štěpán Sklenák
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:11 (4): 2340-2355 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acscatal.0c04459
摘要

Activation of dioxygen is of extreme importance due to its potential for transformation of methane to valuable products and applications in other selective oxidation reactions. Distant binuclear cationic Fe(II) centers in Fe-ferrierite were shown to split dioxygen at room temperature to form a pair of very active oxygen species (i.e., α-oxygens) and subsequently oxidize methane to methanol at room temperature as well. Our study reveals that the activity in splitting dioxygen represents a general property of the distant binuclear cationic Fe(II) centers stabilized in the aluminosilicate matrix. Computational models of the ferrierite, beta, A, and mordenite zeolites with various Al sitings in the rings forming the cationic sites were investigated by periodic DFT calculations including molecular dynamics simulations. The results reveal that the Fe(II) sites stabilized in various zeolite matrices can split dioxygen if the two cationic sites forming the distant binuclear Fe(II) centers (i) face each other, (ii) are parallel, and (iii) are axial, and (iv) the Fe···Fe distance lies in a narrow range from ca. 7 to ca. 8 Å (ca. 7–ca. 10 Å for the distance between the two rings (forming the corresponding cationic sites) in empty zeolites since this distance is equal to or larger than the Fe···Fe distances). Our study opens the possibility of developing Fe-zeolite-based systems for the dioxygen activation employed for direct oxidations using various zeolite matrices.

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