曹昌燕/于小虎Nature子刊:单原子Co1-N3P1位点对硝基芳烃的氢化具有前所未有的高活性和选择性

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具有M1-Nx配位构型的过渡金属单原子催化剂(SACs)对硝基芳烃的加氢表现出出色的活性和选择性,而调节原子配位结构已成为进一步提高催化性能的有前途的策略。

基于此,中科院化学研究所曹昌燕副研究员和陕西理工大学于小虎副教授(共同通讯作者)等人报道了一种具有Co1-N3P1配位结构的N/P双配位Co SAC(简称Co1/NPC),并研究了其对硝基芳烃化学选择性加氢的催化性能。
作者通过像差校正高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(AC HAADF-STEM)、原子分辨电子能量损失谱(EELS)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线吸收谱(XAS)对Co1-N3P1位点的单原子特征和配位结构进行了表征。
同时,动力学同位素效应和密度泛函理论(DFT)计算结果证实,与最常见的Co1-N4配位相比,Co1-N3P1中Co原子的电子密度增加,更有利于H2的解离。
在硝基苯加氢反应中,Co1-N3P1 SAC的转化频率为6560 h-1,是Co1-N4 SAC的60倍,比文献中最先进的M1-Nx-C SAC高出10倍。此外,Co1-N3P1 SAC对许多取代的硝基芳烃表现出优异的选择性(>99%),并与其他敏感的可还原基团共存。
该工作是催化性能与SACs配位环境之间关系的一个很好的例子,并为硝基芳烃加氢合成芳香胺提供了一种潜在的实用催化剂。
Unprecedentedly high activity and selectivity for hydrogenation of nitroarenes with single atomic Co1-N3P1 sites. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-28367-9.
https://doi.org/10.1038/s41467-022-28367-9.


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