Coupling Cross-Dimensional Ru1–Run Sites in Confined Nanoislands to Overcome the Limitation of Coadsorption and Diffusion in Tandem Reactions

催化作用 化学物理 吸附 化学 串联 扩散 Atom(片上系统) 光化学 纳米技术 材料科学 物理化学 物理 热力学 有机化学 嵌入式系统 复合材料 计算机科学
作者
Huifang Wu,Qian Wang,Yang Zhao,Zhexi Gao,Yanjun Lin,Lirong Zheng,Dianqing Li,Junting Feng
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (3): 1584-1594 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c05112
摘要

Integrating different reaction sites offers prospects to address the difficulties in single-atom catalysis and helps overcome the limitation of scaling relations for coadsorption. Here, we coupled different dimensional Ru1 and Run active sites on confined Co nanoislands for the reductive amination of 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF) to 5-aminomethyl-2-furanyl alcohol (AMF), constrained by the disequilibrium in the adsorption of NH3/H2. Ru clusters trigger an ensemble effect by multipoint-bonding with NH3 and thus become more conductive to dissociate NH3 to NH2* than Ru1 both thermodynamically and kinetically, which releases Ru1 for activating H2 to enhance local H* coverage. Furthermore, intimate active sites in confined spaces enable the timely diffusion of NH2*/H* to react with imine intermediates adsorbed on nanoislands in the di-σC,N configuration. With confined cross-dimensional sites overcoming the limitations of competitive adsorption and diffusion, Ru1+n@Co/MMO exhibits a record-high AMF production rate (295 g·gRu–1 h–1) without the requirement of high NH3/H2 feeding, and it exhibits a mass specific activity even higher than that of single-atom Ru1@Co/MMO.

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