Citation: Jianwei Che, Mengjia Hao, Wuzhong Yi, Hisayoshi Kobayashi, Yuheng Zhou, Liping Xiao, Jie Fan. Selective suppression of toluene formation in solvent-free benzyl alcohol oxidation using supported Pd-Ni bimetallic nanoparticles[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2017, 38(11): 1870-1879. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62904-8
负载型Pd-Ni双金属纳米颗粒在无溶剂苯甲醇氧化中有效抑制甲苯的生成
本文采用固相合金化法合成了负载型Pd-Ni双金属纳米颗粒.该方法首先以硝酸镍为镍的前驱体浸渍介孔二氧化硅,然后负载钯纳米颗粒.在高温固相还原条件下,作为种子的钯纳米颗粒和镍通过原子迁移和生长,形成Pd-Ni双金属纳米颗粒.扫描透射电镜、能量色散X射线光谱、X射线衍射和X射线光电子能谱等表征证实了Pd-Ni双金属纳米颗粒的生成.上述催化剂用于苯甲醇液相无溶剂氧化,催化结果显示Ni的加入可以抑制副产物甲苯的生成,并且随Ni负载量增加,甲苯的选择性(在80%等转化率下)由22.6%(单金属Pd)降低至1.6%(双金属Pd1Ni20).尽管Ni的加入降低了单金属Pd的活性,但是由于提高了目标产物苯甲醛的选择性,醛的最终产率得到提升.进一步催化研究表明,Ni的加入可以抑制无氧氛围下甲苯的生成,说明Ni可以抑制歧化反应和降低表面氢浓度.这种作用可归结于Pd-Ni双金属的协同效应.该效应得到了CO吸附的傅里叶变换漫反射红外光谱和密度泛函理论研究的证实.双金属的几何效应和电子效应均减弱了苯甲醇在双金属纳米颗粒表面的解离吸附和相互作用,导致苯甲醇的吸附减弱,同时C-O键断裂不易进行.另外,由于Ni的亲氧性,双金属纳米颗粒表面有利于氧的吸附,降低吸附氢的浓度,减少C-H键生成,从而抑制甲苯的生成.
English
Selective suppression of toluene formation in solvent-free benzyl alcohol oxidation using supported Pd-Ni bimetallic nanoparticles
-
Key words:
- Palladium-nickel
- / Bimetallic nanoparticle
- / Benzyl alcohol
- / Toluene
- / Solvent-free
- / Oxidation
-
-
[1] T. Mallat, A. Baiker, Chem. Rev., 2004, 104, 3037-3058.
-
[2] S. E. Davis, M. S. Ide, R. J. Davis, Green Chem., 2013, 15, 17-45.
-
[3] K. Mori, T. Hara, T. Mizugaki, K. Ebitani, K. Kaneda, J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 10657-10666.
-
[4] H. L. Wu, Q. H. Zhang, Y. Wang, Adv. Synth. Catal., 2005, 347, 1356-1360.
-
[5] F. Li, Q. H. Zhang, Y. Wang, Appl. Catal. A, 2008, 334, 217-226.
-
[6] P. F. Zhang, Y. T. Gong, H. R. Li, Z. R. Chen, Y. Wang, Nat. Commun., 2013, 4, 1593.
-
[7] Z. A. Qiao, P. F. Zhang, S. H. Chai, M. F. Chi, G. M. Veith, N. C. Gallego, M. Kidder, S. Dai, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 11260-11263.
-
[8] N. Dimitratos, J. A. Lopez-Sanchez, D. Morgan, A. Carley, L. Prati, G. J. Hutchings, Catal. Today, 2007, 122, 317-324.
-
[9] M. Sankar, E. Nowicka, R. Tiruvalam, Q. He, S. H. Taylor, C. J. Kiely, D. Bethell, D. W. Knight, G. J. Hutchings, Chem. Eur. J., 2011, 17, 6524-6532.
-
[10] T. Homma, T. Kitaoka, Chem. Eng. J., 2016, 285, 467-476.
-
[11] B. Wang, M. Lin, T. P. Ang, J. Chang, Y. H. Yang, A. Borgna, Catal. Commun., 2012, 25, 96-101.
-
[12] Y. T. Chen, Z. Guo, T. Chen, Y. H. Yang, J. Catal., 2010, 275, 11-24.
-
[13] Y. B. Yan, Y. T. Chen, X. L. Jia, Y. H. Yang, Appl. Catal. B, 2014, 156-157, 385-397.
-
[14] Y. M. Lu, H. Z. Zhu, J. W. Liu, S. H. Yu, ChemCatChem, 2015, 7, 4131-4136.
-
[15] D. I. Enache, J. K. Edwards, P. Landon, B. Solsona-Espriu, A. F. Car-ley, A. A. Herzing, M. Watanabe, C. J. Kiely, D. W. Knight, G. J. Hutchings, Science, 2006, 311, 362-365.
-
[16] D. I. Enache, D. Barker, J. K. Edwards, S. H. Taylor, D. W. Knight, A. F. Carley, G. J. Hutchings, Catal. Today, 2007, 122, 407-411.
-
[17] Q. He, P. J. Miedziak, L. Kesavan, N. Dimitratos, M. Sankar, J. A. Lopez-Sanchez, M. M. Forde, J. K. Edwards, D. W. Knight, S. H. Tay-lor, C. J. Kiely, G. J. Hutchings, Faraday Discuss., 2013, 162, 365-378.
-
[18] R. Ferrando, J. Jellinek, R. L. Johnston, Chem. Rev., 2008, 108, 845-910.
-
[19] A. K. Singh, Q. Xu, ChemCatChem, 2013, 5, 652-676.
-
[20] Y. Xu, L. Chen, X. C. Wang, W. T. Yao, Q. Zhang, Nanoscale, 2015, 7, 10559-10583.
-
[21] J. K. A. Clarke, Chem. Rev., 1975, 75, 291-305.
-
[22] F. Gao, D. W. Goodman, Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 8009-8020.
-
[23] N. Tsubaki, S. L. Sun, K. Fujimoto, J. Catal., 2001, 199, 236-246.
-
[24] A. Yarulin, I. Yuranov, F. Cárdenas-Lizana, D. T. L. Alexander, L. Kiwi-Minsker, Appl. Catal. A, 2014, 478, 186-193.
-
[25] K. A. Goulas, S. Sreekumar, Y. Y. Song, P. Kharidehal, G. Gunbas, P. J. Dietrich, G. R. Johnson, Y. C. Wang, A. M. Grippo, L. C. Grabow, A. A. Gokhale, F. D. Toste, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 6805-6812.
-
[26] D. J. Childers, N. M. Schweitzer, S. M. K. Shahari, R. M. Rioux, J. T. Miller, R. J. Meyer, J. Catal., 2014, 318, 75-84.
-
[27] M. Armbrüster, M. Behrens, F. Cinquini, K. Föttinger, Y. Grin, A. Haghofer, B. Klötzer, A. Knop-Gericke, H. Lorenz, A. Ota, S. Penner, J. Prinz, C. Rameshan, Z. Révay, D. Rosenthal, G. Rupprechter, P. Sautet, R. Schlögl, L. D. Shao, L. Szentmiklósi, D. Teschner, D. Torres, R. Wagner, R. Widmer, G. Wowsnick, ChemCatChem, 2012, 4, 1048-1063.
-
[28] S. J. Freakley, Q. He, J. H. Harrhy, L. Lu, D. A. Crole, D. J. Morgan, E. N. Ntainjua, J. K. Edwards, A. F. Carley, A. Y. Borisevich, C. J. Kiely, G. J. Hutchings, Science, 2016, 351, 965-968.
-
[29] T. Komatsu, K. Inaba, T. Uezono, A. Onda, T. Yashima, Appl. Catal. A, 2003, 251, 315-326.
-
[30] G. C. Ma, X. Q. Yan, Y. L. Li, L. P. Xiao, Z. J. Huang, Y. P. Lu, J. Fan, J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 9596-9597.
-
[31] R. Sato, M. Kanehara, T. Teranishi, Small, 2011, 7, 469-473.
-
[32] Y. Tang, S. D. Xu, Y. H. Dai, X. Q. Yan, R. H. Li, L. P. Xiao, J. Fan, Chem. Commun., 2014, 50, 213-215.
-
[33] M. C. Payne, M. P. Teter, D. C. Allan, T. A. Arias, J. D. Joannopoulos, Rev. Mod. Phys., 1992, 64, 1045-1097.
-
[34] V. Milman, B. Winkler, J. A. White, C. J. Pickard, M. C. Payne, E. V. Akhmatskaya, R. H. Nobes, Int. J. Quantum Chem., 2000, 77, 895-910.
-
[35] J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett., 1996, 77, 3865-3868.
-
[36] J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett., 1997, 78, 1396.
-
[37] D. Vanderbilt, Phys. Rev. B, 1990, 41, 7892-7895.
-
[38] J. Saha, K. Bhowmik, I. Das, G. De, Dalton Trans., 2014, 43, 13325-13332.
-
[39] C. Y. Du, M. Chen, W. G. Wang, G. P. Yin, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2011, 3, 105-109.
-
[40] J. Zhao, A. Sarkar, A. Manthiram, Electrochim. Acta, 2010, 55, 1756-1765.
-
[41] K. S. Kim, N. Winograd, Chem. Phys. Lett., 1975, 30, 91-95.
-
[42] S. M. Foiles, M. I. Baskes, M. S. Daw, Phys. Rev. B, 1986, 33, 7983-7991.
-
[43] M. F. Zhou, L. Andrews, C. W. Bauschlicher, Chem. Rev., 2001, 101, 1931-1961.
-
[44] M. A. Matin, J. H. Jang, Y. U. Kwon, J. Power Sources, 2014, 262, 356-363.
-
[45] D. M. Meier, A. Urakawa, A. Baiker, J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 21849-21855.
-
[46] N. Dimitratos, J. A. Lopez-Sanchez, D. Morgan, A. F. Carley, R. Tiru-valam, C. J. Kiely, D. Bethell, G. J. Hutchings, Phys. Chem. Chem. Phys., 2009, 11, 5142-5153.
-
[47] A. Savara, C. E. Chan-Thaw, I. Rossetti, A. Villa, L. Prati, Chem-CatChem, 2014, 6, 3464-3473.
-
[48] P. Liu, J. K. Nørskov, Phys. Chem. Chem. Phys., 2001, 3, 3814-3818.
-
[49] B. Hammer, J. K. Nørskov, Adv. Catal., 2000, 45, 71-129.
-
[50] R. J. Hou, W. T. Yu, M. D. Porosoff, J. G. Chen, T. F. Wang, J. Catal., 2014, 316, 1-10.
-
[51] A. Villa, D. Ferri, S. Campisi, C. E. Chan-Thaw, Y. Lu, O. Kröcher, L. Prati, ChemCatChem, 2015, 7, 2534-2541.
-
[52] S. Y. Shan, V. Petkov, L. F. Yang, J. Luo, P. Joseph, D. Mayzel, B. Pra-sai, L. Y. Wang, M. Engelhard, C. J. Zhong, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 7140-7151.
-
-
扫一扫看文章
计量
- PDF下载量: 3
- 文章访问数: 817
- HTML全文浏览量: 44

下载: