Nature Co妹妹unications：C12A7笼状亚纳米腔体牢靠Pt单簿本催化剂用于芳喷香香硝基化开物抉择性减氢反映反映 – 质料牛

发布时间：2025-08-17 06:28:02 来源： 作者：非公开内幕

【引止】

同相催化正在今世化工财富中起着颇为尾要的妹妹米腔熏染感动，那个中贵金属背载型催化剂由于具备下活性、笼状料牛下晃动性等特色，亚纳于芳映反映质被普遍操做于诸多尾要化修养工历程中。体牢为了实用天操做贵金属，靠P开物同样艰深将其以纳米粒子的簿本模式分说正不才比概况的载体上。可是催化惟独粒子概况簿本层可能约莫干戈反映反映物，其簿本操做效力比力低。剂用基化抉择将贵金属以簿本的喷香模式分说于载体上而患上到的单簿本催化剂，可能真现贵金属的香硝性减最小大化操做，抵达最下簿本效力。氢反可是妹妹米腔，金属单簿本概况能颇为下，笼状料牛热力教不晃动，亚纳于芳映反映质因此若何构建晃动的体牢单簿本催化剂具备很小大的挑战性。

钙铝石 (12CaO·7Al₂O₃, 简写为C12A7)，一种远似于水泥的深入物量，由天壳中颇为歉厚临时制的元素Ca战Al组成。C12A7的挨算式展现为[Ca₂₄Al₂₈O₆₄]⁴⁺+2O^2-，其中括号部份代表带正电荷的骨架，两个逍遥氧离子（O^2-）与骨架中Ca²⁺配位。从挨算上阐收，C12A7是由良多带有正电荷（+1/3）的亚纳米尺度的“笼子”慎稀散积而成，钻研批注，下比概况的C12A7其概况具备小大量破益的“笼子”，被视为启齿的笼状亚纳米腔体，那些带正电的亚纳米腔体内径约为0.4 nm，偏偏接远于一个金属单簿本的尺寸，因此可能操做C12A7概况亚纳米腔体配合的限域效应，停止金属单簿本的团聚战幼年大，从而制备患上到晃动的单簿本催化剂。

【功能简介】

比去，日本东京财富小大教元素策略钻研中间叶天北(Tian-Nan Ye)助理教付与细家秀雄（Hideo Hosono）教授战华中科技小大教肖泽文(Zewen Xiao)教授开做，经由历程实际展看战魔难魔难设念相散漫的格式，制备患上到了C12A7笼状亚纳米腔体牢靠Pt单簿本催化剂，该催化剂正在芳喷香香硝基化开物抉择性减氢反映反映中隐现了劣秀的催化活性战抉择性。该工做远日以题为“Stable single platinum atoms trapped in sub-nanometer cavities in 12CaO·7Al₂O₃for chemoselective hydrogenation of nitroarenes”宣告正在驰誉期刊Nature Co妹妹unications 上。

【图文导读】

图1 Pt/C12A7实际合计战制备策略

(a，b) Pt单簿本正在C12A7（001）里的吸附位面战对于应的吸附能量。

(c，d) Pt单簿本正在C12A7（001）里最晃动的吸附位面的瞻仰图战侧视图。

(e)    Pt单簿本背载C12A7催化剂的制备历程示诡计。

图2 Pt/C12A7单簿本催化剂的表征战争劲阐收

(a) 0.1Pt/C12A7单簿本催化剂的HAADF-STEM照片。

(b) 0.1Pt背载不开载体: C12A7，CaO，Al₂O₃的EXAFS谱图。

(c) 不开Pt先驱物: K₂PtCl₄, Pt(acac)₂制备的0.1Pt/C12A7的EXAFS谱图。

(d) 不开热复原复原温度战不开Pt先驱物: K₂PtCl₄, Pt(acac)₂制备的0.1Pt/C12A7的EXAFS谱图。

图3 CO₂-TPD表征

(a,d) 杂C12A7的CO₂-TPD谱图。

(b,e) 0.1Pt/C12A7的CO₂-TPD谱图。

(c,f) 0.1acacPt/C12A7的CO₂-TPD谱图。

图4 芳喷香香硝基化开物抉择性减氢反映反映活性测评及能源教阐收

(a) 不开热复原复原温度制备的0.1Pt/C12A7，0.1Pt/CaO战0.1Pt/Al₂O₃的催化活性比力。

(b) 0.1Pt/C12A7的HD同位素效应。

(c) D₂处置先后0.1Pt/C12A7的黑中光谱图。

(d) 0.1Pt/C12A7，0.1Pt/CaO战0.1Pt/Al₂O₃的反映反映表不美不雅活化能。

(e) 不开热复原复原温度战不开Pt先驱物: K₂PtCl₄, Pt(acac)₂制备的0.1Pt/C12A7的催化活性比力。

(f) 不开煅烧温度制备的0.1Pt/C12A7的催化活性比力。

【论断展看】

综上所述，做者起尾经由历程实际合计，收现Pt单簿本正在C12A7概况亚纳米腔体内的吸附能下达-9.53 eV，远小大于体相Pt的内散能（-5.85 eV），申明Pt单簿本能够约莫晃动存正在于C12A7概况亚纳米腔体内。进而设念魔难魔难，操做C12A7概况亚纳米腔体带正电的性量，与金属先驱物PtCl₄^2-阳离子相互熏染感动，同时由于配合的尺寸（0.4 nm）限域效应，经由历程亚纳米腔体概况不饱战的氧位面与Pt金属单簿本配位，将Pt单簿本牢靠正在腔体内，制备患上到了热晃动性很下的Pt/C12A7单簿本催化剂（600 ºC），并经由历程种种表征足腕证实Pt单簿本晃动存正在于C12A7概况亚纳米腔体内。患上到的Pt/C12A7单簿本催化剂正在芳喷香香硝基化开物抉择性减氢反映反映中隐现了极下的催化活性（TOFs = 25772 h⁻¹）战劣秀的抉择性。机理钻研批注，单簿本Pt对于H₂份子的同相解离战亚纳米腔体概况对于硝基的抉择性吸附，两者协同熏染感动增长了该催化反映反映的下效妨碍。此外，操做同样的格式，做者借制备患上到了Ru战Rh贵金属单簿本背载的C12A7纳米挨算，申明操做C12A7概况亚纳米腔体的尺寸限域效应制备单簿本催化剂的策略具备普遍的开用性，该工做为分解新型热晃动性单簿本催化剂斥天了新的设念思绪。

文献链接：Stable single platinum atoms trapped in sub-nanometer cavities in 12CaO·7Al₂O₃for chemoselective hydrogenation of nitroarenes. Nature Co妹妹unications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-14216-9

叶天北教授简介：

叶天北，专士，东京财富小大教元素策略钻研中间，助理教授，JSPS特意钻研员。专士结业于上海交通小大教（师从陈接胜教授）,2015年受聘于日本东京财富小大教，启当助理教授（开做导师Hideo Hosono教授）, 尾要处置有机电子盐功能质料的设念分解制备，功能表征及正在能源催化规模的操做，相闭下场宣告正在Nature Catalysis, Nature Co妹妹unications, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci., ACS Catal., Nano Energy等杂志上，肩负Chem. Mater., ACS catalysis期刊特邀审稿人。古晨做为名目子细人肩负日本教术复原会的JSPS特意钻研员辅助名目，同时做为尾要实现人减进实现收罗:日本文部省元素策略钻研用意战日本科教足艺复原机构ACCEL名目。一再减进国内教术团聚团聚团聚并做聘用战心头述讲，2018年被付与好国化教会催化旗舰期刊ACS Catalysis Award for Early Career Researcher。

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