刘睿ACS Nano:AuFe3@Pd/γ-Fe2O3作为原位可再生高效加氢催化剂

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多相Pd催化剂在化学工业中占有举足轻重的地位,但其受到S2-或其他强吸附物的困扰,导致表面长期中毒。


基于此,中科院生态环境科学研究中心刘睿研究员等人报道了AuFe3@Pd/γ-Fe2O3纳米片(NSs)作为一种原位可再生的高活性加氢催化剂。当填充在石英砂固定床催化剂柱中时,AuFe3@Pd/γ-Fe2O3 NSs具有高活性的碳-卤素键氢化反应,这是去除饮用水中微量污染物和重污染废水资源回收的关键步骤,并且可以承受10次再生。
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通过DFT计算,作者研究了4-CP在Pd和AuFe3@Pd表面上催化加氢脱卤的能量分布,并考虑了Au@Pd位点。4-CP的加氢脱卤始于其在不同Pd位点上的吸附,六方氢键网络的形成需要每个水分子1.41 eV的能量输入来解吸Pd(111)上的H2O。
同时,对4-CP的吸附和协同SN2机制催化的C-Cl键断裂没有明显的能垒。反应的最后一步是吸热的,表明4-CP加氢的速率决定步骤是水和苯酚的解吸。
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在Au@Pd的情况下,与水分子解吸相关的计算能量大大降低到0.30 eV,并且除了苯酚的解吸之外,其余步骤也是无能量障碍的,苯酚的解吸能量低于Pd(111),约1.27 eV。
着部分取代的Au原子和Fe形成AuFe3金属间相核,Pd位点的电子态进一步优化,极大降低了AuFe3@Pd位点上水分子的亲和度,水的解吸变成放热,或者AuFe3@Pd位点准备好吸附H2/4-CP。
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AuFe3@Pd/γ-Fe2O3 Nanosheets as an In Situ Regenerable and Highly Efficient Hydrogenation Catalyst. ACS Nano, 2023, DOI: 10.1021/acsnano.3c00745.
https://doi.org/10.1021/acsnano.3c00745.




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