清华大学Angew. Chem. Int. Ed：合理调节应变控制钌催化剂选择性用于4-硝基苯乙烯加氢

【引言】

随着化学反应过程中节能技术的发展调节金属催化剂的选择性是非常可去的。通常，带一个官能团的分子能够采用一种金属催化剂转化为合适的产物。但是当分子中还有其他官能团存在选择性控制一个特殊官能团是很有挑战的。因此在提高金属催化剂选择性的有效策略上还有很大文章可做。  

表面原子压缩或者扩展的程度将改变晶格应变。近年来许多研究人员也发现调节金属催化剂的晶格应变也能影响催化活性，因为晶格应变也能够改变催化剂的电子结构进一步影响吸附反应。

【成果简介】

近日，来自清华大学的李亚栋教授和王定胜教授等人在Angewandte Chemmie International Edition上发文，题为：“Rational Control of the Selectivity of a Ruthenium Catalyst for Hydrogenation of 4-Nitrostyrene by Strain Regulation”。研究人员通过调节金属催化剂的晶格应变来有效控制金属催化剂的选择性。一定量的Co原子掺入到Ru催化剂中来迫使Ru产生应变。研究人员发现当Ru存在3%的晶格应变时，展现了极其高的对4-硝基苯乙烯的加氢选择性，相比于纯Ru，从66%提高到99%。理论研究证实最优的侧面晶格应变促进硝基加氢但是抑制乙烯基的加氢。

【图文导读】

图1 Co-Ru纳米粒子的结构示意图

a) Co-Ru纳米粒子的TEM图；

b) Co-Ru纳米粒子的STEM图；

c) Co-Ru纳米粒子的EDS元素分布图；

d) Co-Ru纳米粒子的原子分辨HAADF STEM图；

e) 几何相位分析得到的e_xx应变分量；

图2 Co-Ru纳米粒子的XANES光谱

a) Ru K-edge；                          

b) Co K-edge；

EXAFS光谱：c) Ru K-edge； d) Co K-edge.

图3 性能测试

a) 4-硝基苯乙烯加氢的反映网络；

b)用不同应变的Co-Ru纳米粒子催化剂的选择性；

c) Co₂₃-Ru_0.77催化剂加氢循环测试；

图4 反应路线图

a) Ru(0001)面对C₂H₄加氢的反应途径；

b) PhNO₂到PhNH₂的相对能量分布图；

【总结】

研究人员证实通过合理的调节金属晶格应变，金属催化剂的选择性能够得到有效控制。HRTEM和XAFS研究证明将Co原子掺入Ru催化剂中能够压缩Ru晶格应变。研究人员发现在3%的压缩下Ru催化剂对4-硝基苯乙烯的选择性加氢从66%提高到了99%，这与理论计算结果一致。

文献链接：Rational Control of the Selectivity of a Ruthenium Catalyst for Hydrogenation of 4-Nitrostyrene by Strain Regulation. (Angewandte Chemmie International Edition, 2017, DOI: 10.1002/anie.201706645)

本文由材料人新能源前线Z. Chen供稿，材料牛整理编辑。

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