Efficient Selective Oxidation of Aromatic Alkanes by Double Cobalt Active Sites over Oxygen Vacancy‐rich Mesoporous Co3O4

乙苯 苯乙酮 化学 催化作用 密度泛函理论 介孔材料 氧化态 碳氢化合物 催化氧化 光化学 部分氧化 无机化学 有机化学 计算化学
作者
Yali Liu,Yuenan Zheng,Danyang Feng,Liangliang Zhang,Ling Zhang,Xiaowei Song,Zhen‐An Qiao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (29): e202306261-e202306261 被引量:59
标识
DOI:10.1002/anie.202306261
摘要

Abstract The development of efficient catalyst for selective oxidation of hydrocarbon to functional compounds remains a challenge. Herein, mesoporous Co 3 O 4 (mCo 3 O 4 ‐350) showed excellent catalytic activity for selective oxidation of aromatic‐alkanes, especially for oxidation of ethylbenzene with a conversion of 42 % and selectivity of 90 % for acetophenone at 120 °C. Notably, mCo 3 O 4 presented a unique catalytic path of direct oxidation of aromatic‐alkanes to aromatic ketones rather than the conventional stepwise oxidation to alcohols and then to ketones. Density functional theory calculations revealed that oxygen vacancies in mCo 3 O 4 activate around Co atoms, causing electronic state change from Co 3+ ( O h) →Co 2+ ( O h) . Co 2+ ( O h) has great attraction to ethylbenzene, and weak interaction with O 2 , which provide insufficient O 2 for gradual oxidation of phenylethanol to acetophenone. Combined with high energy barrier for forming phenylethanol, the direct oxidation path from ethylbenzene to acetophenone is kinetically favorable on mCo 3 O 4 , sharply contrasted to non‐selective oxidation of ethylbenzene on commercial Co 3 O 4 .
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