Tuning the selectivity of catalytic nitriles hydrogenation by structure regulation in atomically dispersed Pd catalysts

选择性 催化作用 纳米金刚石 材料科学 密度泛函理论 石墨烯 化学 化学工程 纳米技术 有机化学 计算化学 工程类 钻石
作者
Zhibo Liu,Fei Huang,Mi Peng,Yunlei Chen,Xiangbin Cai,Linlin Wang,Zenan Hu,Xiaodong Wen,Ning Wang,Dequan Xiao,Hong Jiang,Hongbin Sun,Hongyang Liu,Ding Ma
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1): 6194-6194 被引量:105
标识
DOI:10.1038/s41467-021-26542-y
摘要

The product selectivity in catalytic hydrogenation of nitriles is strongly correlated with the structure of the catalyst. In this work, two types of atomically dispersed Pd species stabilized on the defect-rich nanodiamond-graphene (ND@G) hybrid support: single Pd atoms (Pd1/ND@G) and fully exposed Pd clusters with average three Pd atoms (Pdn/ND@G), were fabricated. The two catalysts show distinct difference in the catalytic transfer hydrogenation of nitriles. The Pd1/ND@G catalyst preferentially generates secondary amines (Turnover frequency (TOF@333 K 709 h-1, selectivity >98%), while the Pdn/ND@G catalyst exhibits high selectivity towards primary amines (TOF@313 K 543 h-1, selectivity >98%) under mild reaction conditions. Detailed characterizations and density functional theory (DFT) calculations show that the structure of atomically dispersed Pd catalysts governs the dissociative adsorption pattern of H2 and also the hydrogenation pathway of the benzylideneimine (BI) intermediate, resulting in different product selectivity over Pd1/ND@G and Pdn/ND@G, respectively. The structure-performance relationship established over atomically dispersed Pd catalysts provides valuable insights for designing catalysts with tunable selectivity.
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