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江海龙Angew.:MOF调控Pd纳米粒子的微环境用于选择性氢化!

崛步化学 崛步化学 2022-12-04


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研究内容


卤代硝基苯选择性加氢制备相应的卤代苯胺,具有经济、环保的特点,被广泛用于生产各种聚合物、医药、精细化学品等重要的有机中间体。虽然负载型催化剂的外露载体面在催化中起着至关重要的作用,但这通常被忽视且相关研究仍然很少。


近日,中国科学技术大学江海龙教授课题组采用了一种具有代表性的MOF,即分子筛咪唑盐框架-8(ZIF-8),合成一系列三明治结构ZIF-8X@Pd@ZIF-8复合材料(X代表ZIF-8-核的形貌,包括ZIF-8C暴露(100)面、ZIF-8RD暴露(110)面和ZIF-8TRD暴露混合(100)和(110)面),小的钯(Pd)纳米颗粒沉积在ZIF-8核特定晶面上用于对氯硝基苯的氢化。结果显示,ZIF-8C@Pd@ZIF-8对对氯苯胺具有优良的活性(97.6%)和选择性(98.1%),远远优于其他同类产品。相关工作以“Facet Engineering of a Metal-Organic Framework Support Modulates the Microenvironment of Pd Nanoparticles for Selective Hydrogenation”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。


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研究要点


要点1. 作者采用不同形貌的ZIF-8来支撑Pd NP,然后在ZIF-8-外壳上涂上薄薄的保护层以提供三明治结构ZIF-8X@Pd@ZIF-8复合材料。ZIF-8的不同晶面能够为Pd NP提供特定的化学微环境((100)晶面上的Zn2+节点和(110)晶面的连接剂)。
要点2.(100)晶面比(110)晶面产生更多的缺电子Pd,这可以归因于Pd和ZIF-8(100)面上暴露的Zn2+离子之间的相互作用。导致ZIF-8C@Pd@ZIF-8比ZIF-8RD@Pd@ZIF-8对二氯硝基苯的-NO2和-Cl基团的区别吸附。
要点3. ZIF-8C@Pd@ZIF-8对对氯苯胺具有优良的活性(97.6%)和选择性(98.1%),远远优于其他同类产品。
这项工作突出了用于调节微环境和负载金属纳米粒子电子状态的载体的晶面工程,为增强催化提供了一条有希望的途径。

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研究图文


图1. 三明治结构的ZIF-8X@Pd@ZIF-8复合材料的合成策略。

图2. 四种类型的(a)ZIF-8X核和(b)ZIF-8X@Pd@ZIF-8复合材料的粉末XRD图谱,核(c)ZIF-8C@Pd@ZIF-8,(d)ZIF-8TRD1@Pd@ZIF-8,(e)ZIF-8TRD2@Pd@ZIF-8和(f)ZIF-8RD@Pd@ZIF-8的TEM图像。c-f中的插图:左上角,放大的单个颗粒的形态ZIF-8X@Pd@ZIF-8;右下角,理想形态的示意图,带有暴露的特定面ZIF-8X@Pd@ZIF-8。

图3. (a) ZIF-8X@Pd@ZIF-8的Pd 3d XPS光谱。(b)ZIF-8X@Pd@ZIF-8在流动的10%CO/Ar混合气体气氛中,CO在Pd NPs上吸附的DRIFT光谱。(c)ZIF-8和Pd NP的(100)或(110)或混合面之间的区别界面电子转移示意图。箭头长度表示从Pd到载体的电子转移水平。

图4.(a)ZIF-8C@Pd@ZIF-8在存在联氨蒸汽的情况下,在85℃下用氩气净化30分钟,硝基苯还原反应中间产物在3500-1000 cm-1下的原位DRIFTS。(b)在ZIF-8C@Pd@ZIF-8和(c)ZIF-8RD@Pd@ZIF-8上,混合硝基苯和氯苯竞争吸附的DRIFT光谱。


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文献详情


Facet Engineering of a Metal-Organic Framework Support Modulates the Microenvironment of Pd Nanoparticles for Selective Hydrogenation

Ming-Liang Gao, Luyan Li, Zi-Xuan Sun, Jia-Rui Li, Hai-Long Jiang*


Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202211216

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