铂-碳相互作用调节在硝基类还原反应中的构效关系研究取得新进展

表面改性碳纳米管作为催化剂载体是催化领域的研究热点之一，碳纳米管表面引入的官能团或杂原子可以调控其与负载金属组分间的相互作用，从而影响催化剂对底物的吸脱附，实现催化反应过程的高选择性。对含有各种取代基的芳香硝基化合物选择加氢制备相应的芳胺是精细化工领域最重要的反应之一，这些芳胺类化合物在农药、医药、染料及高分子等领域具有广泛的应用。但当反应物分子中含有C-X (X=Cl、Br、I)、CH=O、-C=O和C≡N等易还原基团时，选择性还原硝基而保留其它官能团对于传统的商业Pt/C催化剂仍面临巨大挑战。

图1:“相同位置-电子显微学”（IL-TEM）方法在液相反应体系中的应用示意图（左）；高分散铂纳米粒子负载于表面改性碳纳米管及其在硝基类还原反应中的构效关系示意图（右）。

近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室催化材料研究部张炳森研究员（点击查看介绍）、苏党生研究员（点击查看介绍）所带团队在铂-碳相互作用调节在硝基类还原反应中的构效关系研究取得新进展。该团队以乙二醇还原方法制备了系列高分散铂负载碳纳米管催化剂（Pt/CNTs），通过在碳纳米管表面引入不同的官能团或杂原子，调控其与金属铂纳米粒子间的相互作用，以硝基类化合物的选择性加氢为探针反应研究其构效关系。研究表明碳纳米管表面氮物种的引入不仅可以增强铂纳米粒子的分散性和稳定性，同时两者之间的电子相互作用也影响了铂纳米粒子的电子结构，使其在卤代硝基苯的还原反应中具有优异的选择性。同时，首次在液相反应中利用相同位置-电子显微学方法（Identical Location-Transmission Electron Microscopy, IL-TEM）研究了反应条件下相同位置催化剂的结构演变过程，直观证明了氮物种的引入对负载的铂纳米颗粒的稳定性起重要作用。相关研究成果发表在美国化学会期刊ACS Catalysis (IF=9.307)上（DOI: 10.1021/acscatal.6b02207）。

图2：Pt/oCNTs (a) 和Pt/H-NCNTs (e) 催化剂反应前的电子显微图片；相同位置催化剂在反应前后的结构对比（Pt/oCNTs (b, c) 和Pt/H-NCNTs (f, g)）及相应的粒径统计分布图（Pt/oCNTs (d) 和Pt/H-NCNTs (h)）。

近年来，该课题组在碳材料负载金属纳米粒子催化剂研究方面做了系列工作（Chem Commun 2014, 50, 3856; ChemCatChem 2014, 6, 2607; Chem Commun2016, 52, 3927），并以综述文章详述该领域成果及发展（Chem Rev 2015, 115, 2818; ChemCatChem 2015, 7, 3639），为负载型催化剂研究提供重要参考依据。研究工作得到了国家自然科学基金委项目、辽宁省自然科学基金-沈阳材料科学国家（联合）实验室联合开放基金的支持。

该论文作者为：Wen Shi, Bingsen Zhang*, Yangming Lin, Qi Wang, Qiang Zhang, Dang Sheng Su*

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscatal.6b02207

Enhanced Chemoselective Hydrogenation through Tuning the Interaction between Pt Nanoparticles and Carbon Supports: Insights from Identical Location Transmission Electron Microscopy and X-ray Photoelectron Spectroscopy

ACS Catal., 2016, 6, 7844-7854, DOI: 10.1021/acscatal.6b02207

导师介绍

张炳森研究员：http://www.x-mol.com/university/faculty/16099

苏党生研究员：http://www.x-mol.com/university/faculty/16085

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