Highly-efficient RuNi single-atom alloy catalysts toward chemoselective hydrogenation of nitroarenes

化学选择性 催化作用 Atom(片上系统) 材料科学 硝基 产量(工程) 催化加氢 劈理(地质) 化学 合金 光化学 有机化学 冶金 烷基 计算机科学 复合材料 嵌入式系统 断裂(地质)
作者
Wei Liu,Yusen Yang,Haisong Feng,Yiming Niu,Lei Wang,Pan Yin,Song Hong,Bingsen Zhang,Xin Zhang,Min Wei
出处
期刊:Research Square - Research Square
标识
DOI:10.21203/rs.3.rs-878026/v1
摘要

Abstract The design and exploitation of high-performance catalysts as well as understanding the structure-property correlation have gained considerable attention in selective hydrogenation reactions, but remain a huge challenge. Herein, we report a RuNi single atom alloy (SAA) in which Ru single atoms are anchored onto Ni nanoparticle surface via Ru–Ni coordination accompanied with electron transfer from sub-surface Ni to Ru. The optimal catalyst 0.4% RuNi SAA exhibits simultaneously improved activity (TOF value: 4293 h − 1 ) and chemoselectivity toward selective hydrogenation of 4-nitrostyrene to 4-aminostyrene (yield: >99%), which is, to the best of our knowledge, the highest level compared with reported heterogeneous catalysts. In situ experimental researches based on XAFS, FT-IR measurements and theoretical calculations reveal that the Ru–Ni interfacial sites as intrinsic active centers facilitate the preferential cleavage of N–O bond in nitro group with a decreased energy barrier by 0.35 eV. In addition, the Ru–Ni synergistic catalysis promotes the formation of intermediates (C 8 H 7 NO* and C 8 H 7 NOH*) and accelerates the rate-determining step (hydrogenation of C 8 H 7 NOH*), resulting in the extraordinary activity and chemoselectivity toward nitroarenes hydrogenation.
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