上海光源BL14W1线站用户在纳米金催化研究方面取得新进展

2017/03/15 | 【 【打印】【关闭】 | 访问次数:

近日,上海光源BL14W1线站用户,中科院大连化物所张涛院士和刘晓艳研究员团队在金催化研究方面取得新进展。采用锌铝水滑石负载的硫醇保护的Au25原子团簇作为前驱体制得的纳米金催化剂,在含有其它不饱和取代基团的芳香硝基化合物的选择加氢反应中表现出很高的选择性。以硝基苯乙烯选择加氢反应为例,该催化剂能够在较宽的时间和温度窗口内表现出很高的氨基苯乙烯选择性。相关研究于近期发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 129, 2753-2757)。

芳胺是合成各种医药、农药、染料、聚合物以及精细化学品的重要中间体,其主要来源是芳香硝基化合物选择加氢。当底物中含有其它不饱和基团时,只还原反应物分子中的硝基而保留其它易还原基团是一个巨大的挑战。张涛院士课题组曾经采用FeOx负载的Pt催化剂,通过准确控制反应温度和时间,实现了该过程。XAFS表征结果显示,该催化剂中以Pt为中心的近邻原子除了O和Fe原子之外,还有较远的Pt原子(Pt-Pt距离为2.99 Å大于Pt foil的Pt-Pt间距2.76 Å),可能存在Pt-O-Pt的结构。基于此,在“单原子”的基础上,提出了“准单原子”的概念、。但是,对于铂族金属催化剂,因为硝基和其它不饱和基团之间存在竞争吸附关系,随着反应底物中硝基浓度降低,仍难以避免其它不饱和基团的加氢。近十年以来,张涛院士课题组在金催化研究方面有很好的积累,金催化剂因其对反应物和产物的吸附较弱,在很多反应中表现出较高的选择性。然而将传统的金催化剂应用于该反应体系时,在底物完全转化的条件下,目标产物中的其它不饱和基团还是会不可避免地进一步加氢。

本工作采用环境友好的半胱氨酸作为保护剂,制得了原子数可控的Au25原子团簇,并将其作为金的前驱体负载于锌铝水滑石载体上。该团队在上海光源BL14W1线站表征了Au团簇的局域结构,XAFS结果证实,S与Au之间有较强的相互作用;并有HRTEM结果显示,金颗粒能够在载体表面发生外延生长;在以上因素的共同作用下,使得金原子簇得以高度分散,即使经过500℃高温焙烧,仍不容易发生聚集长大,其平均粒径保持在2nm。动力学研究表明,该催化剂在较宽的时间和温度窗口范围内,能将硝基苯乙烯转化为氨基苯乙烯,并且循环使用数次,目标产物仍能保持相当高的选择性。对比实验结果显示,该催化剂对-NO2加氢有很好的活性,而对C=C加氢则为惰性,这使得该催化剂在含有其它不饱和基团的芳香硝基化合物的选择加氢中具有独特的优势。

上述研究工作得到国家自然科学基金委员会、国家重点研发计划(纳米专项)、中国科学院战略性先导科技专项和教育部能源材料化学协同创新中心(iChem)的资助;实验得到了上海光源的大力支持。(材料与能源部 供稿)

 

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