清華大學王定勝教授Nature Communications：制備金屬間納米顆粒來調節對硝基苯乙炔加氫的選擇性

【引言】

鉑（Pt）催化的對硝基苯乙炔的硝基的選擇性加氫制備氨基苯乙炔是生產抗癌藥厄洛替尼和熒光標記的中間體的重要過程。然而，傳統的Pt催化劑同時對炔基和硝基進行加氫，使產物的選擇性差。調節Pt的電子結構是優化其催化選擇性的有效策略。構造金屬間化合物是調節電子結構的方法之一，但很少被使用。

【成果簡介】

近日，清華大學的王定勝教授（通訊作者）等人在國際期刊Nat. Commun.上報道了孤立相鄰的Pt原子和形成Pt–Zn金屬間納米顆粒來有效調節Pt催化劑的選擇性。負載在氮摻雜的中空碳納米管上的PtZn金屬間化合物?(PtZn/HNCNT)是通過犧牲模板法制備的。PtZn/HNCNT將對硝基苯乙炔選擇性加氫制備4-乙炔基苯胺的催化轉化率提高至大于99%，選擇性提高至99%，優于Pt單原子催化劑(Pt/HNCNT)和Pt納米顆粒(Pt/CN)。密度泛函理論（DFT）計算表明硝基的吸附的改善歸因于鋅原子，硝基的加氫在動力學上得到促進是因為Pt–Zn金屬間納米顆粒。

【圖文導讀】

圖1.催化劑的合成與表征

a.PtZn/HNCNT的合成策略

b–d.PtZn/HNCNT的透射電鏡（TEM）圖像(b)、高角環形暗場掃描透射電鏡?(HAADF STEM)圖像(c)和像差校正（AC）HAADF STEM圖像

e.PtZn金屬間化合物的晶體結構

f,?g.PtZn金屬間化合物納米顆粒的AC HAADF STEM圖像(f) 和元素分布圖像(g)?

圖2.催化劑的X射線吸收光譜

a,?c.PtZn/HNCNT、Pt/HNCNT、Pt/CN和Pt片的Pt L₃-edge的X射線吸收近邊結構(XANES)?譜圖(a)和傅立葉變換擴展X射線吸收精細結構(FT-EXAFS)(c)

b,?d.PtZn/HNCNT、ZnO和Zn片的Zn K-edge的XANES譜圖和FT-EXAFS

圖3.催化劑的催化性能

a.對硝基苯乙炔的加氫的反應路徑

b.PtZn/HNCNT、Pt/HNCNT、中空的氮摻雜碳納米管(HNCNT)、Pt/CN和ZnO的催化性能

圖4.DFT計算

a,?b.Pt(111) (a)和PtZn(022ˉ) (b)表面上的硝基和炔基的第一初步氫化反應階段

【小結】

Pt催化劑的選擇性可以通過孤立相鄰的Pt原子和形成Pt–Zn金屬間納米顆粒進行有效調節。PtZn/HNCNT的催化選擇性（99%）優于Pt/HNCNT。DFT計算表明鋅原子提高了硝基的吸附能力和Pt–Zn金屬間納米顆粒促進氫原子擴散路徑。這項工作提供了可行的調節貴金屬催化劑的選擇性的策略來獲得所需產物。

文獻鏈接：Isolating contiguous Pt atoms and forming Pt-Zn intermetallic nanoparticles to regulate selectivity in 4-nitrophenylacetylene hydrogenation（Nat. Commun.，2019，DOI：10.1038/s41467-019-11794-6? ）

本文由kv1004供稿。