
Citation: Pei Jing, Tao Gan, Hui Qi, Bin Zheng, Xuefeng Chu, Guiyang Yu, Wenfu Yan, Yongcun Zou, Wenxiang Zhang, Gang Liu. Synergism of Pt nanoparticles and iron oxide support for chemoselective hydrogenation of nitroarenes under mild conditions[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2019, 40(2): 214-222. doi: S1872-2067(19)63276-6

铂纳米粒子与氧化铁载体协同作用促进芳香硝基化合物温和条件下选择加氢
本文工作中我们尝试发挥载体在反应中的作用,实现氢解离和反应物加氢活性中心在空间上分离,从而降低Pt的负载量.工作思路主要是基于氢溢流的基本原理,其难点在于高效氢解离活性中心的设计和载体的选择,后者需满足活泼氢物种的输运和硝基基团的有效吸附.为了实现上述目标,本文采用胶体法制备了3-4nm的Pt粒子,该方法可以有效地控制Pt纳米粒子的尺寸以及在载体上的分散状态,从而形成大量的Pt0活性位,实现高效氢解离.在充分考虑载体的氧化还原性和表面碱性质(给电子能力)的基础上,我们筛选了多种氧化物作为载体.反应结果显示,Pt/α-Fe2O3在Pt负载量仅为0.2wt%时即表现出很高的芳香硝基化合物加氢催化活性和选择性,并且该反应可在相当温和的条件(30℃,5bar H2)下进行.在经过多次循环反应后,Pt纳米粒子的尺寸、分散状态以及α-Fe2O3载体的物相等均未发生变化,催化剂表现出很高的稳定性.
Pt纳米粒子的高效氢解离能力是催化剂实现高活性的重要因素之一,而α-Fe2O3的表面性质也同样发挥了重要作用,其表面一定数量的氧空位具有较强的给电子能力,可以与具有较强吸电子能力的硝基基团作用,实现反应物的高效吸附;载体表面适当的氧化还原性有利于活泼氢的输运,在与Pt纳米粒子的协同作用下实现了温和条件下芳香硝基化合物的选择性加氢.本工作显著降低了Pt的使用量,实现了非常温和条件下的稳定、高效加氢,可为低成本Pt基催化剂的设计提供借鉴.
English
Synergism of Pt nanoparticles and iron oxide support for chemoselective hydrogenation of nitroarenes under mild conditions
-
Key words:
- Supported Pt catalyst
- / Iron oxide
- / Nitroarene hydrogenation
- / Chemoselectivity
- / Noble metal catalysis
-
-
[1] E. Schmidt, A. Vargas, T. Mallat, A. Baiker, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 12358-12367.
-
[2] W. Y. Cui, D. Xue, N. D. Tan, B. Zheng, M. J. Jia, W. X. Zhang, Chin. J. Catal., 2018, 39, 1534-1542.
-
[3] J. J. Liu, S. H. Zou, J. C. Wu, H. Kobayashi, H. T. Zhao, J. Fan, Chin. J. Catal., 2018, 39, 1081-1089.
-
[4] B. Zheng, S. J. Wu, X. W. Yang, M. J. Jia, W. X. Zhang, G. Liu, ACS. Appl. Mater. Inter., 2016, 8, 26683-26689.
-
[5] P. P. Ye, A. J. Gellman, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 8518-8526.
-
[6] G. C. da Silva, M. R. Fernandes, E. A. Ticianelli, ACS. Catal., 2018, 8, 2081-2092.
-
[7] Z. J. Chen, J. Y. Chen, Y. W. Li, Chin. J. Catal., 2017, 38, 1108-1126.
-
[8] S. Anantharaj, P. E. Karthik, B. Subramanian, S. Kundu, ACS. Catal., 2016, 6, 4660-4672.
-
[9] Y. L. Sui, S. B. Liu, T. F. Li, Q. X. Liu, T. Jiang, Y. F. Guo, J. L. Luo, J. Catal., 2017, 353, 250-255.
-
[10] L. L. Geng, M. Zhang, W. X. Zhang, M. J. Jia, W. F. Yan, G. Liu, Catal. Sci. Technol., 2015, 5, 3097-3102.
-
[11] R. V. Jagadeesh, A. E. Surkus, H. Junge, M-M. Pohl, J. Radnik, J. Rabeah, H. Huan, V. Schünemann, A. Brückner, M. Beller, Science, 2013, 342, 1073-1076.
-
[12] Y. J. Shu, T. Chen, H. C. Chan, L. F. Xie, Q. S. Gao, Chem-Asian. J., 2018, 13, 3737-3744.
-
[13] Q. M. Hu, S. Wang, Z. Gao, Y. Q. Li, Q. Zhang, Q. Xiang, Y. Qin, Appl. Catal. B:Environ., 2017, 218, 591-599.
-
[14] M. W. Zhu, B. Huang, Q. Shao, Y. C. Pi, Y. Qian, X. Q. Huang, ChemCatChem., 2018, 10, 3214-3218.
-
[15] W. Shi, B. S. Zhang, Y. M. Lin, Q. Wang, Q. Zhang, D. S. Su, ACS. Catal., 2016, 6, 7844-7854.
-
[16] P. Lara, K. Philippot, Catal. Sci. Technol., 2014, 4, 2445-2465.
-
[17] G. Vilé, D. Albani, N. Almora-Barrios, N. López, J. Pérez-Ramírez, ChemCatChem., 2016, 8, 21-33.
-
[18] J. Wang, Y. J. Zhang, J. Y. Diao, J. Y. Zhang, H. Y. Liu, D. S.Su, Chin. J. Catal., 2018, 39, 79-87.
-
[19] K. Möbus, D. Wolf, H. Benischke, U. Dittmeier, K. Simon, U. Packruhn, R. Jantke, S. Weidlich, C. Weber, B. S. Chen, Top. Catal., 2010, 53, 1126-1131.
-
[20] M. Makosch, W-I. Lin, V. Bumbálek, J. Sá, J. W. Medlin, K. Hungerbühler, J. A. van Bokhoven, ACS. Catal., 2012, 2, 2079-2081.
-
[21] K-i. Shimizu, Y. Miyamoto, A. Satsuma, J. Catal., 2010, 270, 86-94.
-
[22] K-i. Shimizu, Y. Miyamoto, T. Kawasaki, T. Tanji, Y. Tai, A. Satsuma, J. Phys. Chem. C., 2009, 113, 17803-17810.
-
[23] T. Mitsudome, Y. Mikami, M. Matoba, T. Mizugaki, K. Jitsukawa, K. Kaneda, Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 136-139.
-
[24] H. S. Wei, X. Y. Liu, A. Q. Wang, L. L. Zhang, B. T. Qiao, X. F. Yang, Y. Q. Huang, S. Miao, J. Y. Liu, T. Zhang, Nat. Commun., 2014, 5, 5634-5641.
-
[25] A. Corma, P. Serna, P. Concepcion, J. J. Calvino, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 8748-8753.
-
[26] S. Zhang, C. R. Chang, Z. Q. Huang, J. Li, Z. M. Wu, Y. Y. Ma, Z. Y. Zhang, Y. Wang, Y. Q. Qu, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 2629-2637.
-
[27] L. Wang, E. J. Guan, J. Zhang, J. H. Yang, Y. H. Zhu, Y. Han, M. Yang, C. Cen, G. Fu, B. C. Gates, F. S. Xiao, Nat. Commun., 2018, 9, 1362-1369.
-
[28] H. S. Wei, Y. J. Ren, A. Q. Wang, X. Y. Liu, X. Liu, L. L. Zhang, S. Miao, L. Li, J. Y. Liu, J. H. Wang, G. F. Wang, D. S. Su, T. Zhang, Chem. Sci., 2017, 8, 5126-5131.
-
[29] B. Zhang, H. Asakura, J. Zhang, J. G. Zhang, S. De, N. Yan, Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 8319-8323.
-
[30] W. Karim, C. Spreafico, A. Kleibert, J. Gobrecht, J. VandeVondele, Y. Ekinci, J. A. van Bokhoven, Nature, 2017, 541, 68-71.
-
[31] L. R. Merte, G. Peng, R. Bechstein, F. Rieboldt, C. A. Farberow, L. C. Grabow, W. Kudernatsch, S. Wendt, E. Laegsgaard, M. Mavrikakis, F. Besenbacher, Science, 2012, 336, 889-893.
-
[32] R. Prins, Chem. Rev., 2012, 112, 2714-2738.
-
[33] B. Zheng, G. Liu, L. L. Geng, J. Y. Cui, S. J. Wu, P. Wu, M. J. Jia, W. F. Yan, W. X. Zhang, Catal. Sci. Technol., 2016, 6, 1546-1554.
-
[34] A. Corma, P. Serna, H. Garcia, J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 6358-6359.
-
[35] M. Boronat, P. Concepcion, A. Corma, S. Gonzalez, F. Illas, P. Serna, J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 16230-16237.
-
[36] J. L. Song, G. Y. Yu, X. Li, X. W. Yang, W. X. Zhang, W. F. Yan, G. Liu, Chin. J. Catal., 2018, 39, 309-318.
-
[37] L. Q. Liu, F. Zhou, L. G. Wang, X. J. Qi, F. Shi, Y. Q. Deng, J. Catal., 2010, 274, 1-10.
-
[38] Z. Z. Yang, N. Zhang, Y. Cao, M. C. Gong, M. Zhao, Y. Q. Chen, Catal. Sci. Technol., 2014, 4, 3032-3043.
-
[39] R. Ahmadi, M. K. Amini, J. C. Bennett, J. Catal., 2012, 292, 81-89.
-
[40] E. Ivanova, M. Mihaylov, F. Thibault-Starzyk, M. Daturi, K. Hadjiivanov, J. Mol. Catal. A, 2007, 274, 179-184.
-
[41] S. Shen, X. L. Wang, Q. Ding, S. Q. Jin, Z. C. Feng, C. Li, Chin. J. Catal., 2014, 35, 1900-1906.
-
[42] G. Richner, J. A. van Bokhoven, Y. M. Neuhold, M. Makosch, K. Hungerbuhler, Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, 13, 12463-12471.
-
[43] S. Meijers, V. Ponec, J. Catal., 1996, 160, 1-9.
-
[44] D. Flak, Q. Chen, B. S. Mun, Z. Liu, M. Rękas, A. Braun, Appl. Surf. Sci., 2018, 455, 1019-1028.
-
[45] S. Sultana, S. Mansingh, K. M. Parida, J. Mater. Chem. A., 2018, 6, 11377-11389.
-
[46] L. L. Geng, J. L. Song, B. Zheng, S. J. Wu, W. X. Zhang, M. J. Jia, G. Liu, Chin. J. Catal., 2016, 37, 1451-1460.
-
-

计量
- PDF下载量: 4
- 文章访问数: 766
- HTML全文浏览量: 60