Solvent-free selective hydrogenation of nitroaromatics to azoxy compounds over Co single atoms decorated on Nb2O5 nanomeshes

催化作用 选择性 偶氮 化学 组合化学 基质(水族馆) 密度泛函理论 有机化学 计算化学 海洋学 地质学
作者
Zhijun Li,Xiaowen Lu,Cong Guo,Siqi Ji,Hongxue Liu,Chunmin Guo,Xue Lu,Chao Wang,Wensheng Yan,Bingyu Liu,Wei Wu,J. Hugh Horton,Shixuan Xin,Yu Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:17
标识
DOI:10.1038/s41467-024-47402-5
摘要

Abstract The solvent-free selective hydrogenation of nitroaromatics to azoxy compounds is highly important, yet challenging. Herein, we report an efficient strategy to construct individually dispersed Co atoms decorated on niobium pentaoxide nanomeshes with unique geometric and electronic properties. The use of this supported Co single atom catalysts in the selective hydrogenation of nitrobenzene to azoxybenzene results in high catalytic activity and selectivity, with 99% selectivity and 99% conversion within 0.5 h. Remarkably, it delivers an exceptionally high turnover frequency of 40377 h –1 , which is amongst similar state-of-the-art catalysts. In addition, it demonstrates remarkable recyclability, reaction scalability, and wide substrate scope. Density functional theory calculations reveal that the catalytic activity and selectivity are significantly promoted by the unique electronic properties and strong electronic metal-support interaction in Co 1 /Nb 2 O 5 . The absence of precious metals, toxic solvents, and reagents makes this catalyst more appealing for synthesizing azoxy compounds from nitroaromatics. Our findings suggest the great potential of this strategy to access single atom catalysts with boosted activity and selectivity, thus offering blueprints for the design of nanomaterials for organocatalysis.
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