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基于纤维素基元晶体的高性能Pd单原子催化剂

信息来源:SYNL更新时间:2020-06-24阅读:42

       Suzuki偶联反应是一种在有机合成工业中的重要反应,并在制药工业中扮演重要角色。Pd催化剂是suzuki反应的核心,然而,现有商用Pd催化剂中过高的Pd使用量,不仅造成了过高的使用成本,同时从催化剂中流失的Pd也会造成产物的污染。已有文献报道指出,只有将催化剂的钯载量降低至低于100ppm的水平,这些反应才能变得更具经济吸引力和安全性。为此,我们选择了自主开发的纤维素基元晶体(CECs)作为Pd催化剂的载体,将接近0价的Pd原子以低配位数原位固定在特定的晶面上,获得了一种兼具高活性和高稳定性的Pd-CECs单原子催化剂。利用X射线吸收谱,确定了Pd的配位方式及价态信息。通过研究Pd-CECs与反应物的中间体信息,确定了该催化剂可以作为suzuki反应发生的催化平台。通过EXAFS对氧化加成中间体的表征可以确定,对卤代烃的活化可以在Pd-CECs上原位发生,避免了Pd在反应过程中的流失。同时,CECs作为载体可以使苯硼酸类中间体活化,进一步提高反应的转化率。该催化剂可以适用于多个种类的反应物,并可以实现公斤级的催化反应应用,在20L的小试级反应体系下,可以获得超过15000000的转化数和超过300000 h-1的反应速度。

 

a) Scheme of stabilization single Pd atoms; b) HAADF-STEM image of Pd/CECs on MXene;

c) Normalized Pd Kedge XANES spectra of Pd1/CEC and Pd foil(inset: calculated first derivative curves);

d) EXAFS spectra of Pd1/CEC( blue line) and Pd foil(red line) at the Pd R-space.