Lattice-Confined Rh Single Atoms in SrTiO3 Enable Leaching-Resistant and Durable Heterogeneous Hydroformylation

氢甲酰化 催化作用 烯烃纤维 选择性 化学 铑 多相催化 位阻效应 电子效应 光化学 金属 材料科学 钙钛矿(结构) 组合化学 羰基化 化学工程 金属有机骨架
作者
Yi Zhang,Xicheng Zhang,Pengzhen Yin,Yudi Wu,Shingo Hasegawa,Ken Motokura,Zhaozhan Wang,Yixin Ma,Shuxin Wang,Yong Yang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acscatal.6c06157
摘要

Abstract Heterogeneous Rh catalysts hold great promise for olefin hydroformylation by integrating the catalytic efficiency of Rh with facile separation and recycling. However, achieving high catalytic activity together with long-term stability remains a formidable challenge because highly active Rh sites are prone to CO-induced carbonylation and subsequent metal leaching under reaction conditions. Here, we report a lattice-confinement strategy to construct a leaching-resistant Rh single-atom catalyst by incorporating isolated Rh atoms into the perovskite SrTiO3 (STO) framework for olefin hydroformylation. Comprehensive spectroscopic investigations and theoretical calculations reveal that Rh atoms are incorporated into the SrTiO3 lattice by partially replacing Ti4+ sites, generating electron-deficient Rhδ+ species stabilized by robust Rh-O(v)-Ti coordination and strengthened electronic metal-support interaction. This lattice-confined coordination environment regulates the electronic properties of Rh sites, weakens excessive Rh-CO interactions, and suppresses carbonyl-induced Rh leaching. Consequently, the catalyst exhibits high catalytic activity and selectivity toward hydroformylation of both simple and sterically demanding olefins, together with stable catalytic performance over 12 consecutive recycling runs without appreciable activity or selectivity decay. In contrast, conventional Rh single atoms dispersed on the SrTiO3 surface undergo rapid deactivation under identical reaction conditions, highlighting the critical role of lattice confinement in stabilizing Rh species. This work establishes lattice confinement as a general strategy for stabilizing dynamic single-atom sites under harsh catalytic environments.
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