Keto-Oxygen on Graphitic Surface with Downshifted p-Band Center Achieves Efficient Metal-Free Transfer Hydrogenation of Nitroarenes

中心(范畴论) 金属 化学 转移加氢 传输(计算) 光化学 结晶学 有机化学 催化作用 计算机科学 并行计算
作者
Rongjian Ding,Ting Zhang,Yanling Zhai,Haijie Cao,Zhijun Zhu,Xiaoquan Lu
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:25 (18): 7611-7618 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c01614
摘要

The critical challenge in utilizing carbon-based nanomaterials is identifying the active site. Herein, we demonstrate the keto-oxygen on the graphitic surface as active sites for catalytic transfer hydrogenation (CTH) and present an efficient nanocrystalline diamond (ND)-derived carbon-based catalyst for metal-free CTH of nitroarenes to imine with 99.9% nitrobenzene conversion and exclusive selectivity (99.9%). By selectively deconstructing the graphitic surface or eliminating carbonyl groups, the graphite-conjugated carbonyl group is confirmed as the catalytically active site. Moreover, kinetic studies display the lower activation barrier of benzylalcohol than that of nitrobenzene (88.8 vs 119.1 kJ mol-1, respectively), indicating that alcohol dehydrogenation occurs prior to the activation of nitrobenzene. Density functional theory calculations reveal the downshifted p-band center of keto-oxygen on the sp2 hybrid C surface affords moderate adsorption of benzaldehyde intermediates, which accelerates the formation of active H for the following hydrogenation step and is responsible for the high catalytic activity.
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