Mass transfer considerations for monitoring catalytic solid–liquid interfaces under operating conditions

文献情報

出版日 2017-12-18
DOI 10.1039/C7RE00179G
インパクトファクター 4.239
著者

Laura Rodríguez-García, Roland Walker, Eyal Spier, Konrad Hungerbühler, Fabian Meemken


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要旨

Correlating catalytic performance and molecular-level information from the same catalyst sample is a promising approach to cope with the complexity of multiphase catalytic systems and to provide detailed mechanistic insight. To obtain information about the intrinsic reaction kinetics, the development of operando spectroscopy requires operation as well as surface-sensitive detection of the catalytic process in the absence of mass transfer limitations. In the present work, we investigated the effect of mass transfer on the detection of active species at the catalytic solid–liquid interface using attenuated total reflection-infrared (ATR-IR) spectroscopy. To gain a profound understanding of the mass transport within typical flow-through cells we have assessed the hydrodynamics as well as the transport of solutes within the liquid phase and the porous catalyst sample using a convection–diffusion model. The combination of computational and experimental data revealed four sensitive design parameters controlling the mass transfer within the ATR-IR spectroscopy cells. Using the asymmetric hydrogenation of phenyl cinnamic acid on a chirally modified Pd catalyst as a model reaction, we demonstrate the effects of mass transfer within the catalyst sample on the activity and selectivity.

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掲載誌

Reaction Chemistry & Engineering

Reaction Chemistry & Engineering
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Reaction Chemistry & Engineering is an interdisciplinary journal reporting cutting-edge research focused on enhancing the understanding and efficiency of reactions. Reaction engineering leverages the interface where fundamental molecular chemistry meets chemical engineering and technology. Challenges in chemistry can be overcome by the application of new technologies, while engineers may find improved solutions for process development from the latest developments in reaction chemistry. Reaction Chemistry & Engineering is a unique forum for researchers whose interests span the broad areas of chemical engineering and chemical sciences to come together in solving problems of importance to wider society. All papers should be written to be approachable by readers across the engineering and chemical sciences. Papers that consider multiple scales, from the laboratory up to and including plant scale, are particularly encouraged.

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