清華大學Angew. Chem. Int. Ed：合理調節應變控制釕催化劑選擇性用于4-硝基苯乙烯加氫

【引言】

隨著化學反應過程中節能技術的發展調節金屬催化劑的選擇性是非常可去的。通常，帶一個官能團的分子能夠采用一種金屬催化劑轉化為合適的產物。但是當分子中還有其他官能團存在選擇性控制一個特殊官能團是很有挑戰的。因此在提高金屬催化劑選擇性的有效策略上還有很大文章可做。 ?

表面原子壓縮或者擴展的程度將改變晶格應變。近年來許多研究人員也發現調節金屬催化劑的晶格應變也能影響催化活性，因為晶格應變也能夠改變催化劑的電子結構進一步影響吸附反應。

【成果簡介】

近日，來自清華大學的李亞棟教授和王定勝教授等人在Angewandte Chemmie International Edition上發文，題為：“Rational Control of the Selectivity of a Ruthenium Catalyst for Hydrogenation of 4-Nitrostyrene by Strain Regulation”。研究人員通過調節金屬催化劑的晶格應變來有效控制金屬催化劑的選擇性。一定量的Co原子摻入到Ru催化劑中來迫使Ru產生應變。研究人員發現當Ru存在3%的晶格應變時，展現了極其高的對4-硝基苯乙烯的加氫選擇性，相比于純Ru，從66%提高到99%。理論研究證實最優的側面晶格應變促進硝基加氫但是抑制乙烯基的加氫。

【圖文導讀】

圖1 Co-Ru納米粒子的結構示意圖

a)?Co-Ru納米粒子的TEM圖；

b) Co-Ru納米粒子的STEM圖；

c) Co-Ru納米粒子的EDS元素分布圖；

d) Co-Ru納米粒子的原子分辨HAADF STEM圖；

e) 幾何相位分析得到的e_xx應變分量；

圖2 Co-Ru納米粒子的XANES光譜

a) Ru K-edge； ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

b) Co K-edge；

EXAFS光譜：c) Ru K-edge； d) Co K-edge.

圖3 性能測試

a) 4-硝基苯乙烯加氫的反映網絡；

b)用不同應變的Co-Ru納米粒子催化劑的選擇性；

c) Co₂₃-Ru_0.77催化劑加氫循環測試；

圖4 反應路線圖

a) Ru(0001)面對C₂H₄加氫的反應途徑；

b) PhNO₂到PhNH₂的相對能量分布圖；

【總結】

研究人員證實通過合理的調節金屬晶格應變，金屬催化劑的選擇性能夠得到有效控制。HRTEM和XAFS研究證明將Co原子摻入Ru催化劑中能夠壓縮Ru晶格應變。研究人員發現在3%的壓縮下Ru催化劑對4-硝基苯乙烯的選擇性加氫從66%提高到了99%，這與理論計算結果一致。

文獻鏈接：Rational Control of the Selectivity of a Ruthenium Catalyst for Hydrogenation of 4-Nitrostyrene by Strain Regulation. (Angewandte Chemmie International Edition, 2017, DOI:?10.1002/anie.201706645)

本文由材料人新能源前線Z. Chen供稿，材料牛整理編輯。

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