Asymmetric Ru–Co Dual Sites in Metal–Organic Frameworks for Heterogeneous Ethylene Methoxycarbonylation

催化作用 羰基化 化学 乙烯 亲核细胞 磷化氢 选择性 光化学 多相催化 组合化学 吸附 甲醇 路易斯酸 丙酸盐 均相催化 有机化学 无机化学 催化循环 迁移插入 反应中间体 协同催化 纳米材料基催化剂 特里福斯
作者
Yue Zhang,Qiao Yuan,Xiangen Song,Bin Li,Li Zhong,Shiyuan Guo,Jingning Xue,Siquan Feng,Yutong Cai,Wenrui Dong,Weiqing Zhang,Tao Wu,Zhigang Sun,Li Yan,Roland A. Fischer,Yunjie Ding
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:16 (7): 6895-6906
标识
DOI:10.1021/acscatal.6c00098
摘要

Ethylene methoxycarbonylation (EMC) reaction, a key carbonylation process for methyl propionate production, typically relies on acid promoters and phosphine ligands in conventional homogeneous systems. Although heterogeneous Ru cluster catalysts can eliminate these additives, they still suffer from a low noble-metal utilization efficiency. Herein, we report an atomically dispersed dual-site catalyst Ru 1 Co 1 /MIL-101-EDTA for the EMC reaction, where the Ru 1 and Co 1 atoms are anchored on the EDTA-modified MIL-101(Cr) framework. The catalyst achieved a turnover frequency (TOF) of 125.6 h –1, which was 4.8-fold higher than that of the monometallic Ru 1 /MIL-101-EDTA counterpart, while maintaining 99.9% selectivity for methyl propionate without any decay over 5 recycles, being the most active Ru-based heterogeneous EMC catalyst reported to date. Experimental and theoretical studies revealed that the Cr(III) Lewis acid sites in the MIL-101(Cr) framework play a vital role in methanol dissociation, thus avoiding the addition of acid additives. The Co 1 sites act as the primary *H adsorption centers and optimize the *CO adsorption path, thereby lowering the CO insertion barrier. Meanwhile, the electronic interaction between the Ru 1 and Co 1 species lowers the energy barrier for the rate-determining nucleophilic of the methoxyl group.
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