Benzyl alcoholoxidation in supercritical carbon dioxide: spectroscopic insight into phase behaviour and reaction mechanism

文献情報

出版日 2004-12-07
DOI 10.1039/B414755C
インパクトファクター 3.676
著者

Matteo Caravati, Jan-Dierk Grunwaldt, Alfons Baiker


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要旨

Selective oxidation of benzyl alcohol to benzaldehyde with molecular oxygen over an alumina-supported palladium catalyst was performed with high rate at about 95% selectivity in supercritical carbon dioxide. The experiments in a continuous flow fixed-bed reactor showed that the pressure has a strong influence on the reaction rate. A marked increase of the rate (turnover frequency) from 900 h−1 to 1800 h−1 was observed when increasing the pressure from 140 to 150 bar. Video monitoring of the bulk fluid phase behavior and the simultaneous investigation by transmission and attenuated total reflection (ATR) infrared spectroscopy at two positions of the view cell showed that the sharp increase in activity is correlated to a transition from a biphasic to a monophasic reaction mixture. In the single phase region, both oxygen and benzyl alcohol are dissolved in the supercritical CO2 phase, which leads to a reduction of the mass transport resistances (both in the external fluid film and in the catalyst pores) and thus to the high reaction rate measured in the catalytic experiments. The phase transition could be effectively and easily monitored by transmission and ATR-IR spectroscopy despite the small concentration of the dense liquid like phase. Deposition of the Pd/Al2O3 catalyst on the ATR-crystal at the bottom of the view cell allowed to gain insight into the chemical changes and mass transfer processes occurring in the solid/liquid interface region during reaction. Analyzing the shift of the v2 bending mode of CO2 gave information on the fluid composition in and outside the catalyst pores. Moreover, the catalytic reaction could be investigated in situ in this spectroscopic batch reactor cell by monitoring simultaneously the reaction progress, the phase behaviour and the catalytic interface.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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