Constructing a Pd–Co Interface to Tailor a d-Band Center for Highly Efficient Hydroconversion of Furfural over Cobalt Oxide-Supported Pd Catalysts

糠醛 环戊酮 催化作用 糠醇 呋喃 材料科学 氧化钴 化学工程 化学 无机化学 有机化学 工程类
作者
Enxian Yuan,Changlong Wang,Chan Wu,Gaoquan Shi,Panming Jian,Xu Hou
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (37): 43845-43858 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsami.3c09234
摘要

Cobalt is an alternative catalyst for furfural hydrogenation but suffers from the strong binding of H and furan ring on the surface, resulting in low catalytic activity and chemoselectivity. Herein, by constructing a Pd-Co interface in cobalt oxide-supported Pd catalysts to tailor the d-band center of Co, the concerted effort of Pd and Co boosts the catalytic performance for the hydroconversion of furfural to cyclopentanone and cyclopentanol. The increased dispersion of Pd on acid etching Co3O4 promotes the reduction of Co3+ to Co0 by enhancing hydrogen spillover, favoring the creation of the Pd-Co interface. Both experimental and theoretical calculations demonstrate that the electron transfer from Pd to Co at the interface results in the downshift of the d-band center of Co atoms, accompanied by the destabilization of H and furan ring adsorption on the Co surface, respectively. The former improves the furfural hydrogenation with TOF on Co elevating from 0.20 to 0.62 s-1, and the latter facilitates the desorption of formed furfuryl alcohol from the Co surface for subsequently hydrogenative rearrangement of the furan ring to cyclopentanone on acid sites. The resultant Pd/Co3O4-6 catalyst delivers superior activity with a 99% furfural conversion and 85% overall selectivity toward cyclopentanone/cyclopentanol. We anticipate that such a concept of tailoring the d-band center of Co via interface engineering provides novel insight and feasible approach for the design of highly efficient catalysts for furfural hydroconversion and beyond.
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