Synergy of Pd 1 –Co 1 Dual-Atom Catalyst Breaking the Activity-Selectivity Trade-Off for Chemoselective Hydrogenation

化学选择性 催化作用 选择性 化学 组合化学 基质(水族馆) 异构化 多相催化 协同催化 氢解 胺气处理 光化学 吸附 纳米技术 异核分子 微型多孔材料 有机化学 石墨烯 硼氢化钠
作者
Fengliang Cao,Libo Wang,Qingshan Zhao,Honghao Liu,Wanxin Ni,Yong Zhang,Biao Zhu,Yue Yan,Zheng Wang,Zhongtao Li,Mingbo Wu
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:16 (6): 6008-6019 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acscatal.6c00346
摘要

Breaking the fundamental activity-selectivity trade-off in nitroarene hydrogenation is crucial for efficient amine synthesis yet remains a great challenge. Although single-atom catalysts offer a promising avenue, their intrinsically monofunctional nature prevents them from reconciling rapid H 2 activation with selective nitro-group reduction. Herein, we pioneer a molten salt delayed-release strategy to precisely customize a dual-atom catalyst featuring heteronuclear Pd 1 –Co 1 pairs on hierarchical microporous N-doped carbon nanosheets (Pd 1 Co 1 /NC). Experimental and theoretical studies reveal strong Pd–Co electronic coupling that modulates the d-band centers, enabling a cooperative dual-atom mechanism. Pd sites drive heterolytic H 2 dissociation, while the Co sites selectively adsorb nitroarenes, spatially decoupling substrate adsorption/activation to eliminate competitive binding. This synergy simultaneously lowers the energy barrier of the rate-determining step and suppresses undesired overhydrogenation or dehalogenation. Consequently, Pd 1 Co 1 /NC displays higher catalytic activity and chemoselectivity (>99% conversion and >99% selectivity toward p -chloroaniline) than the single-atom catalysts Pd 1 /NC (0% selectivity at >99% conversion) and Co 1 /NC (>99% selectivity at 26% conversion) for the hydrogenation of p -chloronitrobenzene to p -chloroaniline. The catalyst further maintains high chemoselectivity across 29 diverse substrates containing sensitive functional groups, coupled with robust recyclability. This work establishes dual-atom catalysis as an effective strategy to resolve the persistent activity-selectivity trade-off in hydrogenation reactions for advanced chemical synthesis.
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