青島能源所開(kāi)發(fā)出Pd單原子調控Co納米顆粒催化劑界面結構催化硫醚高效高選擇性氧化合成亞砜新策略
表界面結構是決定納米催化材料性能的關(guān)鍵因素,不僅影響表界面處電荷的傳遞、反應物的吸附與活化,而且還決定反應中間體的吸附強度和構型,進(jìn)而顯著(zhù)提高催化劑的活性和選擇性。因此,深入研究和優(yōu)化表界面結構,對于提升納米催化材料的催化性能至關(guān)重要。
近期,青島能源所催化聚合與工程研究中心楊勇研究員帶領(lǐng)的低碳催化轉化研究組,通過(guò)摻雜異核金屬策略,成功構建了Pd單原子(SAs)調控Co納米顆粒(NPs)表界面復合結構催化劑PdCo@NC-800-0.01(圖1)。該催化劑在硫醚選擇性氧化合成亞砜過(guò)程中展現出卓越的催化性能,在室溫條件下,以O2為氧化劑,異丁醛(IBA)為助劑,實(shí)現了硫醚高效、高選擇性合成高附加值亞砜化合物,并表現出良好的官能團兼容性和催化劑穩定性。研究發(fā)現,異核金屬Pd SAs不僅調控了Co NPs表面電子間相互作用,還促進(jìn)了表面缺陷位的生成。二者之間的協(xié)同作用有效促進(jìn)了O2和IBA在催化劑界面的吸附和活化、以及過(guò)氧自由基活性氧物種(ROS)的生成,從而顯著(zhù)提升了硫醚氧化反應效率。相比之下,僅含Co NPs的Co@NC-800和僅含Pd SAs的Pd@NC-800兩種單金屬催化劑在相同條件下對硫醚氧化反應則無(wú)明顯催化效果(圖1)。本研究不僅為亞砜化合物的合成提供了一條綠色高效的合成路徑,也為高效催化劑的構筑提供了新策略。
圖1. PdCo@NC-800-0.01催化硫醚選擇性氧化合成亞砜
相關(guān)研究結果近期以“Single-Atom palladium engineered cobalt nanocomposite for selective aerobic oxidation of sulfides to sulfoxides”為題發(fā)表于《Journal of Colloid and Interface Science》上,文章第一作者為青島能源所馬智明博士(現為沈陽(yáng)理工大學(xué)副教授)和于博副研究員,通訊作者為楊勇研究員。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金項目的支持。(文/圖 馬智明、于博)
論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.02.209
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