Creating and Stabilizing an Oxidized Pd Surface under Reductive Conditions for Photocatalytic Hydrogenation of Aromatic Carbonyls

化学 苯甲醛 光催化 甲苯 催化作用 吸附 光化学 选择性 有机化学 无机化学
作者
Wei Qiao,Xing Fan,Weifeng Liu,Fahir Niaz Khan,Dongsheng Zhang,Feiyu Han,Huiyu Yue,Yajiao Li,Nikolaos Dimitratos,Stefania Albonetti,Xiaodong Wen,Yong Yang,Flemming Besenbacher,Yongwang Li,J. W. Niemantsverdriet,Haiping Lin,Ren Su
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (9): 5353-5362 被引量:24
标识
DOI:10.1021/jacs.2c13196
摘要

Photocatalysis provides an eco-friendly route for the hydrogenation of aromatic carbonyls to O-free aromatics, which is an important refining process in the chemical industry that is generally carried out under high pressure of hydrogen at elevated temperatures. However, aromatic carbonyls are often only partially hydrogenated to alcohols, which readily desorbs and are hardly further deoxygenated under ambient conditions. Here, we show that by constructing an oxide surface over the Pd cocatalyst supported on graphitic carbon nitride, an alternative hydrogenation path of aromatic carbonyls becomes available via a step-wise acetalization and hydrogenation, thus allowing efficient and selective production of O-free aromatics. The PdO surface allows for optimum adsorption of reactants and intermediates and rapid abstraction of hydrogen from the alcohol donor, favoring fast acetalization of the carbonyls and their consecutive hydrogenation to O-free hydrocarbons. The photocatalytic hydrogenation of benzaldehyde into toluene shows a high selectivity of >90% and a quantum efficiency of ∼10.2% under 410 nm irradiation. By adding trace amounts of HCl to the reaction solution, the PdO surface remains stable and active for long-term operation at high concentrations, offering perspective for practical applications.
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