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发布日期:2022/1/11 8:38:00

氢甲酰化反应是一种工业上被大量运用于化工生产的化学过程,传统上普遍使用Rh或Co的配位化合物作为均相催化剂。基于异相催化剂的氢甲酰化对于催化剂的分离与回收极其重要,但是其反应活性和选择性通常很难和传统均相催化剂相比。近几年来,基于单原子催化剂的异相氢甲酰化曾被报道。金属间化合物和单原子催化剂具有一定的相似性,同样能够对金属活性位点的性质进行调控。而和单原子催化剂相比,金属间化合物纳米颗粒具有合成简便、性质稳定、耐高温等优点。基于此,爱荷华州立大学的研究团队希望能够找到一种在氢甲酰化反应上表现优异性质的金属间化合物纳米颗粒催化剂。

作者使用浸渍法在SBA-15中合成了一系列含有Rh的金属间化合物纳米颗粒。通过粉末衍射和高分辨透射电镜,他们验证了合成的纳米颗粒具有金属间化合物的结构。电镜观察到RhZn纳米颗粒的尺寸约为9纳米,并在SBA-15的孔道中均匀分布。此外,他们用XPS和BET等表征手段对催化剂进行了详尽的表征测试(详见文章正文)。

以苯乙烯为模型底物,他们对各种催化剂的催化性能进行了详细测试。其中,RhZn纳米颗粒表现出约三倍于传统均相催化剂(Wilkinson催化剂)和约五倍于Rh纳米颗粒的转换频率(TOF),并具有优秀的化学选择性。同时,该催化剂在6次回收再使用后仍然表现出优异的活性。

CO-DRIFTS和DFT计算同时佐证,在以RhZn(110)和ZnRh(111)为代表的晶面上,金属间化合物结构有效降低了活化能垒并同时削弱了反应中间体在表面的吸附,从而有利于提高反应速率。

与此同时,通过DFT计算,作者得到了在各个表面对于氢甲酰化的直链和支链产物的活化能垒差。其中,RhZn(110)倾向于形成支链产物,而ZnRh(111)倾向于形成直链产物。因此,他们提出对RhZn纳米颗粒的形状控制是一种潜在的调控该催化剂在氢甲酰化反应中位置选择性的方法。

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上,文章的第一作者是爱荷华州立大学博士研究生陈敏达,通讯作者为黄文裕以及Luke T. Roling。X-MOL

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