Carbon-Encapsulated Pd/TiO2 for Photocatalytic H2 Evolution Integrated with Photodehydrogenative Coupling of Amines to Imines

Erjun Lu Junqian Tao Can Yang Yidong Hou Jinshui Zhang Xinchen Wang Xianzhi Fu

Citation:  Erjun Lu, Junqian Tao, Can Yang, Yidong Hou, Jinshui Zhang, Xinchen Wang, Xianzhi Fu. Carbon-Encapsulated Pd/TiO2 for Photocatalytic H2 Evolution Integrated with Photodehydrogenative Coupling of Amines to Imines[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2023, 39(4): 221102. doi: 10.3866/PKU.WHXB202211029 shu

碳包覆Pd/TiO2光催化产氢协同胺类选择性氧化合成亚胺

    通讯作者: 张金水, jinshui.zhang@fzu.edu.cn
    王心晨, xcwang@fzu.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 21972022

    国家自然科学基金 22072021

    国家自然科学基金 U21A20326

摘要: 负载型金属纳米催化剂由于其优异的光催化性能,被广泛应用于光催化产氢协同胺类氧化偶联合成高附加值亚胺体系。但在反应过程中,金属表面对H原子和亚胺表现出较强的吸附能力,导致了亚胺易于发生自氢化反应而生成仲胺,显著降低了亚胺的选择性。在本文中,我们证实了在Pd/TiO2表面构建超薄碳层(Pd/TiO2@C)是一种解决上述问题的有效策略。在Pd/TiO2表面构筑的超薄碳层可以有效调控H原子和亚胺在其表面的吸附行为,避免了光催化氧化偶联过程中亚胺的自氢化。因此,Pd/TiO2@C光催化剂在光催化产氢协同胺类选择性氧化合成亚胺体系中展现出优异的亚胺选择性。本研究提供了一种便捷有效的策略推动负载型金属纳米催化剂在光催化产氢协同合成高附加值产物体系中的应用。

English

    1. [1]

      Wang, X. C.; Maeda, K.; Thomas, A.; Takanabe, K.; Xin, G.; Carlsson, J. M.; Domen, K.; Antonietti, M. Nat. Mater. 2009, 8, 76. doi: 10.1038/nmat2317

    2. [2]

      Hisatomi, T.; Domen, K. Nat. Catal. 2019, 2, 387. doi: 10.1038/s41929-019-0242-6

    3. [3]

      Wang, Q.; Hisatomi, T.; Jia, Q. X.; Tokudome, H.; Pan, Z. H.; Takata, T.; Nakabayashi, M.; Shibata, N.; Kudo, A.; Yamada, T.; et al. Nat. Mater. 2016, 15, 611. doi: 10.1038/nmat4589

    4. [4]

      李云锋, 武占省, 马玉花. 物理化学学报, 2021, 37, 2009030. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WLHX202112007.htmLi, Y. F.; Wu, Z. S.; Ma, Y. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2009030. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WLHX202112007.htm

    5. [5]

      Zhang, J. S.; Wang, X. C. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 7230. doi: 10.1002/anie.201502659

    6. [6]

      Ledendecker, M.; Calderón, K.; Papp, C.; Steinrück, H. P.; Antonietti, M.; Shalom, M. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 12361. doi: 10.1002/anie.201502438

    7. [7]

      Mou, Q. X.; Wang, X. A.; Xu, Z. H.; Zul, P.; Li, E. L.; Zhao, P. P.; Liu, X. H.; Li, H. B.; Cheng, G. Z. Chin. Chem. Lett. 2022, 33, 562. doi: 10.1016/j.cclet.2021.08.028

    8. [8]

      Xia, B. Q.; Zhang, Y. Z.; Shi, B. Y.; Ran, J. R.; Davey, K.; Qiao, S. Z. Small Methods 2020, 4, 2000063. doi: 10.1002/smtd.202000063

    9. [9]

      Biswal, B. P.; Vignolo-Gonzalez, H. A.; Banerjee, T.; Grunenberg, L.; Savasci, G.; Gottschling, K.; Nuss, J.; Ochsenfeld, C.; Lotsc, B. V. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 11082. doi: 10.1021/jacs.9b03243

    10. [10]

      Chen, Y. J.; Ji, S. F.; Sun, W. M.; Lei, Y. P.; Wang, Q. C.; Li, A.; Chen, W. X.; Zhou, G.; Zhang, Z. D.; Wang, Y.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 1295. doi: 10.1002/anie.201912439

    11. [11]

      Zhao, X. X.; Feng, J. R.; Liu, J.; Shi, W.; Yang, G. M.; Wang, G. C.; Cheng, P. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 9790. doi: 10.1002/anie.201805425

    12. [12]

      Wang, T.; Tao, X. Q.; Li, X. L.; Zhang, K.; Liu, S. J.; Li, B. X. Small 2021, 17, 2006255. doi: 10.1002/smll.202006255

    13. [13]

      Jiao, L.; Zhang, D. F.; Hao, Z. J.; Yu, F. H.; Lv, X. J. ACS Catal. 2021, 11, 8727. doi: 10.1021/acscatal.1c01520

    14. [14]

      Chai, Z. G.; Zeng, T. T.; Li, Q.; Lu, L. Q.; Xiao, W. J.; Xu, D. S. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 10128. doi: 10.1021/jacs.6b06860

    15. [15]

      Li, D. X.; Yu, J. C. C.; Nguyen, V. H.; Wu, J. C. S.; Wang, X. X. Appl. Catal. B-Environ. 2018, 239, 268. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.08.010

    16. [16]

      Liu, J. F.; Zheng, X. Z.; Pan, L. L.; Fu, X. L.; Zhang, S. J.; Meng, S. G.; Chen, S. F.; Appl. Catal. B-Environ. 2021, 298, 120619. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120619

    17. [17]

      安平, 付宇, 韦丹雷, 郭杨龙, 詹望成, 张金水. 物理化学学报, 2021, 37, 2001025. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WLHX202112007.htmAn, P.; Fu, Y.; Wei, D. L.; Guo, Y. L.; Zhan, W. C.; Zhang, J. S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2001025. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WLHX202112007.htm

    18. [18]

      Tang, W. J.; Zhang, X. M. Chem. Rev. 2003, 103, 3029. doi: 10.1021/cr020049i

    19. [19]

      Huang, S. T.; Zhao, Z. J.; Wei, Z. Z.; Wang, M. X.; Chen, Y.; Wang, X. S.; Shao, F. G.; Zhong, X.; Li, X. N.; Wang, J. G. Green Chem. 2022, 24, 6945. doi: 10.1039/D2GC02161G

    20. [20]

      Chen, H.; Tang, T. H.; Malapit, C. A.; Lee, Y. S.; Prater, M. B.; Weliwatte, N. S.; Minteer, S. D. J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 4047. doi: 10.1021/jacs.1c13063

    21. [21]

      Tang, L.; Sun, H. Y.; Li, Y. F.; Zha, Z. G.; Wang, Z. Y. Green Chem. 2012, 14, 3423. doi: 10.1039/C2GC36312G

    22. [22]

      Liu, H.; Xu, C. Y.; Li, D. D.; Jiang, H. L. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 5379. doi: 10.1002/anie.201800320

    23. [23]

      Huang, Y.; Liu, C. B.; Li, M. Y.; Li, H. Z.; Li, Y. W.; Su, R.; Zhang, B. ACS Catal. 2020, 10, 3904. doi: 10.1021/acscatal.0c00282

    24. [24]

      Yu, W. W.; Zhang, D.; Guo, X. W.; Song, C. S.; Zhao, Z. K. Catal. Sci. Technol. 2018, 8, 5148. doi: 10.1039/C8CY01326H

    25. [25]

      Zou, J. H.; Zhou, W. H.; Huang, L. Q.; Guo, B. B.; Yang, C.; Hou, Y. D.; Zhang, J. S.; Wu, L. J. Catal. 2021, 400, 347. doi: 10.1016/j.jcat.2021.07.003

    26. [26]

      Bai, P.; Tong, X. L.; Gao, Y. Q.; Guo, P. F. Catal. Sci. Technol. 2019, 9, 5803. doi: 10.1039/C9CY01311C

    27. [27]

      Chen, Y. J.; Sun, D.; Du, L. Z.; Jiao, Y. Z.; Han, W. Tian, G. H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 24425. doi: 10.1021/acsami.2c04826

    28. [28]

      Ohyama, J.; Yamamoto, A.; Teramura, K.; Shishido, T.; Tanaka, T.; ACS Catal. 2011, 1, 187. doi: 10.1021/cs100072k

    29. [29]

      Ma, M. J.; Wang, H. Q.; Liu, H. Chin. Chem. Lett. 2021, 32, 3613. doi: 10.1016/j.cclet.2021.04.012

    30. [30]

      Wenderich, K.; Mul, G. D.; Chem. Rev. 2016, 116, 14587. doi: 10.1021/acs.chemrev.6b00327

    31. [31]

      杜新华, 李阳, 殷辉, 向全军. 物理化学学报, 2018, 34, 414. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WLHX201512018.htmDu, X. H.; Li, Y.; Yin, H., Xiang, Q. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2018, 34, 414. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WLHX201512018.htm

    32. [32]

      Yu, J.; Liu, Q.; Qiao, W.; Lv, D. D.; Li, Y. R.; Liu, C. B.; Yu, Y. F.; Li, Y. W.; Niemantsverdriet, H.; Zhang, B.; et al. ACS Catal. 2021, 11, 6656. doi: 10.1021/acscatal.1c01519

    33. [33]

      Wang, L. M.; Kobayashi, K.; Arisawa, M.; Saito, S.; Naka, H. Org. Lett. 2019, 21, 341. doi: 10.1021/acs.orglett.8b03271

    34. [34]

      Lu, E. J.; Wu, J. C.; Yang, B. Y.; Yu, D. X.; Yu, Z. Y.; Hou, Y. D.; Zhang, J. S. ACS Appl. Nano Mater. 2020, 3, 9192. doi: 10.1021/acsanm.0c01824

    35. [35]

      Yang, B. Y.; Zhang, S. K.; Gao, Y.; Huang, L. Q.; Yang, C.; Hou, Y. D.; Zhang, J. S. Appl. Catal. B-Environ. 2022, 304, 120999. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120999

    36. [36]

      Zeng, L. D.; Liang, H. Y.; An, P.; Yu, D. X.; Yang, C.; Hou, Y. D.; Zhang, J. S. Appl. Catal. A-Gen. 2022, 633, 118499. doi: 10.1016/j.apcata.2022.118499

    37. [37]

      Wei, Z. Z.; Chen, Y. Q.; Wang, J. Su, D. F.; Tang, M. H.; Mao, S. J.; Wang, Y. ACS Catal. 2016, 6, 5816. doi: 10.1021/acscatal.6b01240

    38. [38]

      Zhan, W. C.; He, Q.; Liu, X. F.; Guo, Y. Q.; Wang, Y. Q.; Wang, L.; Guo, Y.; Borisevich, A. Y.; Zhang, J. S.; Lu, G. Z.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 16130. doi: 10.1021/jacs.6b10472

    39. [39]

      Fronczak, M.; Kasprzak, A.; Bystrzejewski, M. J. Environ. Chem. Eng. 2021, 9, 104673. doi: 10.1016/j.jece.2020.104673

    40. [40]

      Jiao, Z. F.; Zhao, J. X.; Guo, X. N.; Tong, X. L.; Zhang, B.; Jin, G. Q.; Qin, Y.; Guo, X. Y. Catal. Sci. Technol. 2019, 9, 2266. doi: 10.1039/C9CY00353C

    41. [41]

      Li, J.; Zhang, L.; Li, J. W.; An, P.; Hou, Y. D.; Zhang, J. S. ACS Sustain. Chem. Eng. 2019, 7, 14023. doi: 10.1021/acssuschemeng.9b02529

    42. [42]

      Shiraishi, Y.; Hirakawa, H.; Togawa, Y.; Sugano, Y.; Ichikawa, S.; Hirai, T. ACS Catal. 2013, 3, 2318. doi: 10.1021/cs400532p

    43. [43]

      Zhang, J. S.; Qiao, Z. A.; Mahurin, S. M.; Jiang, X. G.; Chai, S. H.; Lu, H. F.; Nelson, K.; Dai, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 4582. doi: 10.1002/anie.201500305

    44. [44]

      孙雪梅, 高立军. 物理化学学报, 2015, 31, 1521. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WLHX201512022.htmSun, X. M.; Gao, L. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31, 1521. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WLHX201512022.htm

    45. [45]

      Naldoni, A.; Allieta, M.; Santangelo, S.; Marelli, M.; Fabbri, F.; Cappelli, S.; Bianchi, C. L.; Psaro, R.; Dal Santo, V. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 7600. doi: 10.1021/ja3012676

    46. [46]

      Sasan, K.; Zuo, F.; Wang, Y.; Feng, P. Y. Nanoscale 2015, 7, 13369. doi: 10.1039/C5NR02974K

    47. [47]

      Zhou, H. R.; Yang, X. F.; Li, L.; Liu, X. Y.; Huang, Y. Q.; Pan, X. L.; Wang, A. Q.; Li, J.; Zhang, T. ACS Catal. 2016, 6, 1054. doi: 10.1021/acscatal.5b01933

    48. [48]

      Chen, H.; Yang, Z. Z.; Wang, X.; Polo-Garzon, F.; Halstenberg, P. W.; Wang, T.; Suo, X.; Yang, S. Z.; Meyer, H. M.; Wu, Z. L.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 8521. doi: 10.1021/jacs.0c12817

    49. [49]

      Lu, E. J.; Zhang, Z. X.; Tao, J. Q.; Yu, Z. Y.; Hou, Y. D.; Zhang, J. S. Chem. Eur. J. 2022, 28, e202201590. doi: 10.1002/chem.202201590

    50. [50]

      Lupan, O.; Postica, V.; Hoppe, M.; Wolff, N.; Polonskyi, O.; Pauporté, T.; Viana, B.; Majérus, O.; Kienle, L.; Faupel, F.; et al. Nanoscale 2018, 10, 14107. doi: 10.1039/C8NR03260B

    51. [51]

      Zhao, J. R.; Fu, J. H.; Wang, J.; Tang, K. X.; Liu, Q.; Huang, J. H. J. Phys. Chem. C 2022, 126, 15167. doi: 10.1021/acs.jpcc.2c03945

    52. [52]

      Zhou, H. R.; Yang, X. F.; Li, L.; Liu, X. Y.; Huang, Y. Q.; Pan, X. L.; Wang, A. Q.; Li, J.; Zhang, T. ACS Catal. 2016, 6, 1054. doi: 10.1021/acscatal.5b01933

    53. [53]

      Zhang, N.; Li, X. Y.; Liu, Y. F.; Long, R.; Li, M. Q.; Chen, S. G.; Qi, Z. M.; Wang, C. M.; Song, L. S.; Jiang, J. J.; et al. Small 2017, 13, 1701354. doi: 10.1002/smll.201701354

    54. [54]

      Wang, H. T.; Yu, J. N.; Wei, S.; Lin, M. M.; Song, Y. J.; Wu, L. Chem. Eng. J. 2022, 441, 136020. doi: 10.1016/j.cej.2022.136020

    55. [55]

      Ma, R.; Yang, T. X.; Sun, J. H.; He, Y. F.; Feng, J. T.; Miller, J. T.; Li, D. Q. Chem. Eng. Sci. 2019, 210, 115216. doi: 10.1016/j.ces.2019.115216

    56. [56]

      Zhang, B.; Yang, F.; Liu, H. C.; Yan, L. N.; Yang, W.; Xu, C.; Huang, S.; Li, Q.; Bao, W. J.; Liu, B.; et al. Ind. Eng. Chem. Res. 2019, 58, 19486. doi: 10.1021/acs.iecr.9b03619

    57. [57]

      Zhang, L. W.; Long, R.; Zhang, Y. M.; Duan, D. L.; Xiong, Y. J.; Zhang, Y. J.; Bi, Y. P. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 6224. doi: 10.1002/anie.201915774

    58. [58]

      Deng, Y.; Yan, W. J.; Guo, Y. J.; Wang, Q.; Bi, Y. P.; Dong, C.; Fan, L. F. J. Hazard. Mater. 2022, 426, 128107. doi: 10.1016/j.jhazmat.2021.128107

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  6
  • 文章访问数:  910
  • HTML全文浏览量:  65
文章相关
  • 发布日期:  2023-04-15
  • 收稿日期:  2022-11-16
  • 接受日期:  2023-01-05
  • 修回日期:  2023-01-05
  • 网络出版日期:  2023-01-09
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章