Citation: Yingyu Wang, Juanjuan Shi, Zihao Zhang, Jie Fu, Xiuyang Lü, Zhaoyin Hou. Carbon film encapsulated Fe2O3:An efficient catalyst for hydrogenation of nitroarenes[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2017, 38(11): 1909-1917. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62917-6
碳膜包覆的氧化铁纳米颗粒:一种高效的芳硝基化合物加氢催化剂
本文采用简易的方法制备了一种铁基催化剂,在这个催化剂中氧化铁纳米颗粒被碳膜包覆并嵌入至平板碳中(Fe2O3@G-C).该催化剂由活性炭、苯胺及醋酸亚铁热解所得.通过扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)及X射线衍射(XRD)分析,我们证实在原始碳颗粒上形成了新的碳膜.同时高倍透射电镜图也清楚地揭示了氧化铁纳米颗粒被碳膜包覆的结构.实验发现,Fe2O3@G-C-900催化剂(900 ℃热解所得)在芳硝基化合物选择性加氢反应中具有很高的活性.在2 MPa H2,70 ℃条件下反应2 h,硝基苯(NB)转化率达到95.4%,苯胺选择性达到99.1%,远远高于其他载体(活性炭、SiO2、Al2O3和MgO)负载的铁基催化剂.表征结果发现,Fe2O3@G-C-900催化剂的高活性可能与其具有较大的比表面积(573.7 m2/g)、孔体积(0.22 cm3/g,孔径小于2 nm)、高度分散的氧化铁纳米颗粒以及氧化铁纳米颗粒和其表面碳膜的协同作用密切相关.此外,催化剂中引入的氮原子不仅可以在包覆的碳膜上形成缺陷,也能进一步增强包覆在氧化铁纳米颗粒表面的碳膜的催化活性.通过对Fe2O3@G-C-900催化剂在硝基苯加氢反应中的循环使用活性的考察,发现该催化剂在循环使用5次后,仍具有良好的活性.更重要的是,在Fe2O3@G-C-900催化剂上硝基苯的加氢主要是直接途径,反应中没有高沸点AOB,AB和HAB等副产物生成.
鉴于Fe2O3@G-C-900催化剂对NB加氢具有优异的活性,我们还进行了一系列含有不同取代基团的芳硝基化合物的加氢实验,发现对位取代的底物相对于间位及邻位的底物更容易发生加氢还原反应,这应归因于该催化剂的孔径较小(0.52nm).这些研究方法可以扩展至其他金属催化剂的制备,以促进高效益和可持续的工业生产的发展.
English
Carbon film encapsulated Fe2O3:An efficient catalyst for hydrogenation of nitroarenes
-
Key words:
- Carbon film
- / Encapsulation
- / Iron catalysis
- / Pyrolysis
- / Hydrogenation
- / Nitroarene
-
-
[1] P. A. Frey, G. H. Reed, ACS Chem. Biol., 2012, 7, 1477-1481.
-
[2] G. Papanikolaou, K. Pantopoulos, Toxicol. Appl. Pharmacol., 2005, 202, 199-211.
-
[3] A. C. Rosenzweig, H. Brandstetter, D. A. Whittington, P. Nordlund, S. J. Lippard, C. A. Frederick, Proteins:Struc., Funct., Genetics, 1997, 29, 141-152.
-
[4] Q. Fu, W. X. Li, Y. X. Yao, H. Y. Liu, H. Y. Su, D. Ma, X. K. Gu, L. M. Chen, Z. Wang, H. Zhang, B. Wang, X. H. Bao, Science, 2010, 328, 1141-1144.
-
[5] R. Schlögl, Angew. Chem. Int. Ed., 2003, 42, 2004-2008.
-
[6] T. Kandemir, M. E. Schuster, A. Senyshyn, M. Behrens, R. Schlöegl, Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 12723-12726.
-
[7] A. Vojvodic, A. J. Medford, F. Studt, F. Abild-Pedersen, T. S. Khan, T. Bligaard, J. K. Nörskov, Chem. Phys. Lett., 2014, 598, 108-112.
-
[8] X. Q. Chen, D. H Deng, X. L. Pan, X. H. Bao, Chin. J. Catal., 2015, 36, 1631-1637.
-
[9] X. H. Gao, J. L. Zhang, N. Chen, Q. X. Ma, S. B. Fan, T. S. Zhao, N. Tsu-baki, Chin. J. Catal., 2016, 37, 510-516.
-
[10] Y. Xia, W. C. Zhan, Y. Guo, Y. L. Guo, G. Z. Lu, Chin. J. Catal., 2016, 37, 2069-2078.
-
[11] X. B. Wang, S. G. Wu, W. X. Zou, S. H. Yu, K. T. Gui, L. Dong, Chin. J. Catal., 2016, 37, 1314-1323.
-
[12] X. Y. Shi, H. He, L. J. Xie, Chin. J. Catal., 2015, 36, 649-656.
-
[13] X. G. Guo, G. Z. Fang, G. Li, H. Ma, H. J. Fan, L. Yu, C. Ma, X. Wu, D. H. Deng, M. M. Wei, D. L. Tan, R. Si, S. Zhang, J. Q. Li, L. T. Sun, Z. C. Tang, X. L. Pan, X. H. Bao, Science, 2014, 344, 616-619.
-
[14] M. Lefevre, E. Proietti, F. Jaouen, J. P. Dodelet, Science, 2009, 324, 71-74.
-
[15] R. V. Jagadeesh, A. E. Surkus, H. Junge, M. M. Pohl, J. Radnik, J. Rabeah, H. Huan, V. Schunemann, A. Brükner, M. Beller, Science, 2013, 342, 1073-1076.
-
[16] H. U. Blaser, Science, 2006, 313, 312-313.
-
[17] C. H. Li, Z. X. Yu, K. F. Yao, S. F. Ji, J. Liang, J. Mol. Catal. A, 2005, 226, 101-105.
-
[18] A. S. Travis, in:Z. Rappoport ed., The Chemistry of Anilines, John Wiley and Sons, Hoboken, 2007, 715-782.
-
[19] X. H. Yan, J. Q. Sun, Y. W. Wang, J. F. Yang, J. Mol. Catal. A, 2006, 252, 17-22.
-
[20] J. Xiong, J. X. Chen, J. Y. Zhang, Catal. Commun., 2007, 8, 345-350.
-
[21] J. H. Wang, Z. L. Yuan, R. F. Nie, Z. Y. Hou, X. M. Zheng, Ind. Eng. Chem. Res., 2010, 49, 4664-4669.
-
[22] B. J. Zuo, Y. Wang, Q. L. Wang, J. L. Zhang, N. Z. Wu, L. D. Peng, L. L. Gui, X. D. Wang, R. M. Wang, D. P. Yu, J. Catal., 2004, 222, 493-498.
-
[23] R. F. Nie, J. H. Wang, L. N. Wang, Y. Qin, P. Chen, Z. Y. Hou, Carbon, 2012, 50, 586-596.
-
[24] A. Corma, P. Concepcion, P. Serna, Angew. Chem. Int. Ed., 2007, 46, 7266-7269.
-
[25] V. Höller, D. Wegricht, I. Yuranov, L. Kiwi-Minsker, A. Renken, Chem. Eng. Technol., 2000, 23, 251-255.
-
[26] A. Corma, P. Serna, Science, 2006, 313, 332-334.
-
[27] X. C. Meng, H. Y. Cheng, Y. Akiyama, Y. F. Hao, W. B. Qiao, Y. C. Yu, F. Y. Zhao, S. I. Fujita, M. Arai, J. Catal., 2009, 264, 1-10.
-
[28] W. C. Du, S. X. Xia, R. F. Nie, Z. Y. Hou, Ind. Eng. Chem. Res., 2014, 53, 4589-4594.
-
[29] R. F. Nie, J. J. Shi, W. C. Du, W. S. Ning, Z. Y. Hou, F. S. Xiao, J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 9037-9045.
-
[30] X. Y. Zeng, C. H. You, L. M. Leng, D. Dang, X. C. Qiao, X. H. Li, Y. W. Li, S. J. Liao, R. R. Adzic, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 11224-11231.
-
[31] J. L. Chen, X. P. Yan, J. Mater. Chem., 2010, 20, 4328-4332.
-
[32] J. J. Shi, M. S. Zhao, Y. Y. Wang, J. Fu, X. Y. Lu, Z. Y. Hou, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 5842-5848.
-
[33] Z. S. Wu, A. Winter, L. Chen, Y. Sun, A. Turchanin, X. L. Feng, K. Müllen, Adv. Mater., 2012, 24, 5130-5135.
-
[34] P. Chen, T. Y. Xiao, Y. H. Qian, S. S. Li, S. H. Yu, Adv. Mater., 2013, 25, 3192-3196.
-
[35] J. J. Shi, Y. Y. Wang, W. C. Du, Z. Y. Hou, Carbon, 2016, 99, 330-337.
-
[36] J. K. Hu, M. Noked, E. Gillette, F. D. Han, Z. Gui, C. S. Wang, S. B. Lee, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 21501-21510.
-
[37] M. L. Xiao, J. B. Zhu, L. G. Feng, C. P. Liu, W. Xing, Adv. Mater., 2015, 27, 2521-2527.
-
[38] Q. G. He, Q. Li, S. Khene, X. M. Ren, F. E. López-Suárez, D. Loza-no-Castelló, A. Bueno-López, G. Wu, J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 8697-8707.
-
[39] G. Wu, K. L. More, P. Xu, H. L. Wang, M. Ferrandon, A. J. Kropf, D. J. Myers, S. G. Ma, C. M. Johnston, P. Zelenay, Chem. Commun., 2013, 49, 3291-3293.
-
[40] R. V. Jagadeesh, K. Natte, H. Junge, M. Beller, ACS Catal., 2015, 5, 1526-1529.
-
[41] D. F. Su, J. Wang, H. Y. Jin, Y. T. Gong, M. M. Li, Z. F. Pang, Y. Wang, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 11756-11761.
-
[42] Y. Hu, J. O. Jensen, W. Zhang, L. N. Cleemann, W. Xing, N. J. Bjerrum, Q. F. Li, Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 3675-3679.
-
[43] D. H. Deng, L. Yu, X. Q. Chen, G. X. Wang, L. Jin, X. L. Pan, J. Deng, G. Q. Sun, X. H. Bao, Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 371-375.
-
[44] J. P. Paraknowitsch, A. Thomas, M. Antonietti, J. Mater. Chem., 2010, 20, 6746-6758.
-
[45] P. F. Zhang, Y. T. Gong, H. R. Li, Z. R. Chen, Y. Wang, Nat. Commun., 2013, 4, 1593.
-
[46] H. D. Burge, D. J. Collins, B. H. Davis, Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., 1980, 19, 389-391.
-
-
扫一扫看文章
计量
- PDF下载量: 4
- 文章访问数: 745
- HTML全文浏览量: 30

下载: