Breaking the activity-selectivity trade-off in CO 2 -driven N-monomethylation on a bifunctional inverse ZrZnO x /Cu catalyst

双功能 催化作用 反向 苯胺 解耦(概率) 组合化学 材料科学 双功能催化剂 纳米技术 化学 路易斯酸 化学工程 连接器 产量(工程) 聚合 二进制数 反应机理 反应条件 有机化学 工作(物理) 一步到位
作者
Yaqi Wang,Xiangxin Jin,Ying Tang,Chengxi Feng,Shurui Fan,Siwei Li,Lili Lin
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
标识
DOI:10.26599/nr.2026.94909128
摘要

Abstract Selective N-methylation utilizing CO2 as a renewable C1 source offers a sustainable route to valuable amines, yet arresting the reaction at the N-monomethylation stage remains a formidable challenge. Here, we report an inverse ZrZnOx/Cu catalyst in which Zr-O-Zn interfacial sites enable high-yield N-monomethylation under mild conditions. The optimized catalyst delivers a 93% N-methylaniline yield at near-full aniline conversion under 150 °C and 3 MPa, outperforming binary ZrO2/Cu and commercial Cu/ZnO/Al2O3 catalysts. The catalyst also exhibits robust stability over ten consecutive cycles and good applicability across diverse primary amines. Mechanistic studies reveal that the bifunctional interface provides adjacent Lewis acid and basic/defect sites, stabilizes CO2-derived oxygenated intermediates, and suppresses N-methylaniline re-adsorption and subsequent over-methylation, thereby decoupling the competing methylation steps. This work proposes a bifunctional mechanism that integrates site-blocking effects with intermediate stabilization, providing a highly efficient and stable protocol for precise C-N bond formation.
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