用于糠醇加氢的稳定型Rh/羟基磷灰石催化剂:氧化型金属-载体强相互作用在还原条件下的应用

唐海莲 陈思远 刘巧云 白国义 乔波涛 刘菲

引用本文: 唐海莲, 陈思远, 刘巧云, 白国义, 乔波涛, 刘菲. 用于糠醇加氢的稳定型Rh/羟基磷灰石催化剂:氧化型金属-载体强相互作用在还原条件下的应用[J]. 物理化学学报, 2025, 41(4): 100036. doi: 10.3866/PKU.WHXB202408004 shu
Citation:  Hailian Tang,  Siyuan Chen,  Qiaoyun Liu,  Guoyi Bai,  Botao Qiao,  Fei Liu. Stabilized Rh/hydroxyapatite Catalyst for Furfuryl Alcohol Hydrogenation: Application of Oxidative Strong Metal-Support Interactions in Reducing Conditions[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2025, 41(4): 100036. doi: 10.3866/PKU.WHXB202408004 shu

用于糠醇加氢的稳定型Rh/羟基磷灰石催化剂:氧化型金属-载体强相互作用在还原条件下的应用

    通讯作者: 唐海莲, E-mail: hltang@email.tjut.edu.cn; 乔波涛, E-mail: bqiao@dicp.ac.cn; 刘菲, E-mail: fei.liu@dicp.ac.cn
  • 基金项目:

    国家重点研发计划(2023YFA1506800),国家自然科学基金(21902040,22108259),河北省自然科学基金(B2019201158)资助项目

摘要: 金属-载体强相互作用(SMSI)是多相催化中的一个重要概念,其发生可以显著提高催化剂稳定性并可能调变催化剂性能。然而,由于SMSI效应一般是可逆的,在与其构建的氧化还原条件相反的情况下会发生消退,因此其应用一般需要反应条件与构建条件相同或接近,因而受到限制。本研究报道了在羟基磷灰石负载的Rh催化剂(Rh/HAP)体系上构建的氧化型SMSI(O-SMSI)在还原性环境—糠醇加氢中的应用。通过CO吸附原位漫反射红外傅立叶变换光谱和电镜表征,发现经过500 ℃的高温氧化处理后在Rh/HAP催化剂上形成了O-SMSI效应,该效应伴随着载体对Rh颗粒的包裹行为。在O-SMSI作用下,Rh物种稳定存在于载体表面,其烧结和液相反应下的流失被显著抑制,因此催化剂在循环测试中表现出了稳定的糠醇转换活性和环戊酮选择性。另外,我们还观察到,Rh/HAP体系上的O-SMSI效应及其伴随的包裹行为只是部分可逆而非完全可逆。即使在高达600 ℃的高温还原后,部分SMSI效应仍然保留,确保了催化剂在还原反应中的稳定性。这一发现极大地拓展了SMSI催化剂的应用范围,并为稳定的加氢催化剂的研发提供了新途径。

English

    1. [1]

      (1) Xu, M.; Peng, M.; Tang, H.; Zhou, W.; Qiao, B.; Ma, D. J. Am. Chem. Soc. 2024,146, 2290. doi: 10.1021/jacs.3c09102(1) Xu, M.; Peng, M.; Tang, H.; Zhou, W.; Qiao, B.; Ma, D. J. Am. Chem. Soc. 2024,146, 2290. doi: 10.1021/jacs.3c09102

    2. [2]

      (2) Wu, G.; Liu, Y.; Wang, J. Accounts Chem. Res. 2024, 56, 911. doi: 10.1021/acs.accounts.2c00727(2) Wu, G.; Liu, Y.; Wang, J. Accounts Chem. Res. 2024, 56, 911. doi: 10.1021/acs.accounts.2c00727

    3. [3]

      (3) Tauster, S. J.; Fung, S. C.; Garten, R. L. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 170. doi: 10.1021/ja00469a029(3) Tauster, S. J.; Fung, S. C.; Garten, R. L. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 170. doi: 10.1021/ja00469a029

    4. [4]

      (4) Li, M.; Zhang, T.; Yang, S.-Z.; Sun, Y.; Zhang, J.; Polo-Garzon, F.; Siniard, K. M.; Yu, X.; Wu, Z.; Driscoll, D. M.; et al. ACS Catal. 2023,13, 6114. doi: 10.1021/acscatal.2c05730(4) Li, M.; Zhang, T.; Yang, S.-Z.; Sun, Y.; Zhang, J.; Polo-Garzon, F.; Siniard, K. M.; Yu, X.; Wu, Z.; Driscoll, D. M.; et al. ACS Catal. 2023,13, 6114. doi: 10.1021/acscatal.2c05730

    5. [5]

      (5) Dong, J.; Fu, Q.; Li, H.; Xiao, J.; Yang, B.; Zhang, B.; Bai, Y.; Song, T.; Zhang, R.; Gao, L.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2020,142, 17167. doi: 10.1021/jacs.0c08139(5) Dong, J.; Fu, Q.; Li, H.; Xiao, J.; Yang, B.; Zhang, B.; Bai, Y.; Song, T.; Zhang, R.; Gao, L.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2020,142, 17167. doi: 10.1021/jacs.0c08139

    6. [6]

      (6) Siniard, K. M.; Li, M.; Yang, S. Z.; Zhang, J.; Polo-Garzon, F.; Wu, Z.; Yang, Z.; Dai, S. Angew. Chem.-Int. Edit. 2023, e202214322. doi: 10.1002/anie.202214322(6) Siniard, K. M.; Li, M.; Yang, S. Z.; Zhang, J.; Polo-Garzon, F.; Wu, Z.; Yang, Z.; Dai, S. Angew. Chem.-Int. Edit. 2023, e202214322. doi: 10.1002/anie.202214322

    7. [7]

      (7) Wang, H.; Wang, L.; Lin, D.; Feng, X.; Niu, Y.; Zhang, B.; Xiao, F.-S. Nat. Catal. 2021, 4, 418. doi: 10.1038/s41929-021-00611-3(7) Wang, H.; Wang, L.; Lin, D.; Feng, X.; Niu, Y.; Zhang, B.; Xiao, F.-S. Nat. Catal. 2021, 4, 418. doi: 10.1038/s41929-021-00611-3

    8. [8]

      (8) Tang, H.; Su, Y.; Zhang, B.; Lee, A. F.; Isaacs, M. A.; Wilson, K.; Li, L.; Ren, Y.; Huang, J.; Haruta, M.; et al. Sci. Adv. 2017,3, e1700231. doi: 10.1126/sciadv.1700231(8) Tang, H.; Su, Y.; Zhang, B.; Lee, A. F.; Isaacs, M. A.; Wilson, K.; Li, L.; Ren, Y.; Huang, J.; Haruta, M.; et al. Sci. Adv. 2017,3, e1700231. doi: 10.1126/sciadv.1700231

    9. [9]

      (9) Liu, X.; Liu, M.-H.; Luo, Y.-C.; Mou, C.-Y.; Lin, S. D.; Cheng, H.; Chen, J.-M.; Lee, J.-F.; Lin, T.-S. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10251. doi: 10.1021/ja3033235(9) Liu, X.; Liu, M.-H.; Luo, Y.-C.; Mou, C.-Y.; Lin, S. D.; Cheng, H.; Chen, J.-M.; Lee, J.-F.; Lin, T.-S. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10251. doi: 10.1021/ja3033235

    10. [10]

      (10) Tang, H.; Wei, J.; Liu, F.; Qiao, B.; Pan, X.; Li, L.; Liu, J.; Wang, J.; Zhang, T. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 56. doi: 10.1021/jacs.5b11306(10) Tang, H.; Wei, J.; Liu, F.; Qiao, B.; Pan, X.; Li, L.; Liu, J.; Wang, J.; Zhang, T. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 56. doi: 10.1021/jacs.5b11306

    11. [11]

      (11) Tang, H.; Su, Y.; Guo, Y.; Zhang, L.; Li, T.; Zang, K.; Liu, F.; Li, L.; Luo, J.; Qiao, B.; et al. Chem. Sci. 2018, 9, 6679. doi: 10.1039/c8sc01392f(11) Tang, H.; Su, Y.; Guo, Y.; Zhang, L.; Li, T.; Zang, K.; Liu, F.; Li, L.; Luo, J.; Qiao, B.; et al. Chem. Sci. 2018, 9, 6679. doi: 10.1039/c8sc01392f

    12. [12]

      (12) Song, T. Y.; Dong, J. H.; Li, R. T.; Xu, X. Y.; Hiroaki, M.; Yang, B.; Zhang, R. K.; Bai, Y. X.; Xin, H.; Lin, L.; et al. J. Phys. Chem. Lett. 2021,12, 4187. doi: 10.1021/acs.jpclett.1c00934(12) Song, T. Y.; Dong, J. H.; Li, R. T.; Xu, X. Y.; Hiroaki, M.; Yang, B.; Zhang, R. K.; Bai, Y. X.; Xin, H.; Lin, L.; et al. J. Phys. Chem. Lett. 2021,12, 4187. doi: 10.1021/acs.jpclett.1c00934

    13. [13]

      (13) Matsubu, J. C.; Zhang, S.; DeRita, L.; Marinkovic, N. S.; Chen, J. G.; Graham, G. W.; Pan, X.; Christophe, P. Nat. Chem. 2017, 9, 120. doi: 10.1038/NCHEM.2607(13) Matsubu, J. C.; Zhang, S.; DeRita, L.; Marinkovic, N. S.; Chen, J. G.; Graham, G. W.; Pan, X.; Christophe, P. Nat. Chem. 2017, 9, 120. doi: 10.1038/NCHEM.2607

    14. [14]

      (14) Li, Z.; Cui, Y.; Wu, Z.; Milligan, C.; Zhou, L.; Mitchell, G.; Xu, B.; Shi, E.; Miller, J. T.; Ribeiro, F. H.; et al. Nat. Catal. 2018, 1, 349. doi: 10.1038/s41929-018-0067-8(14) Li, Z.; Cui, Y.; Wu, Z.; Milligan, C.; Zhou, L.; Mitchell, G.; Xu, B.; Shi, E.; Miller, J. T.; Ribeiro, F. H.; et al. Nat. Catal. 2018, 1, 349. doi: 10.1038/s41929-018-0067-8

    15. [15]

      (15) Lunkenbein, T.; Schumann, J.; Behrens, M.; Schlögl, R.; Willinger, M. G. Angew. Chem.-Int. Edit. 2015, 54, 4544. doi: 10.1002/anie.201411581(15) Lunkenbein, T.; Schumann, J.; Behrens, M.; Schlögl, R.; Willinger, M. G. Angew. Chem.-Int. Edit. 2015, 54, 4544. doi: 10.1002/anie.201411581

    16. [16]

      (16) Tauster, S. J.; Fung, S. C.; Baker, R. T. K.; Horsle, J. A. Science 1981, 211, 1120. doi: 10.1126/science.211.4487.1121(16) Tauster, S. J.; Fung, S. C.; Baker, R. T. K.; Horsle, J. A. Science 1981, 211, 1120. doi: 10.1126/science.211.4487.1121

    17. [17]

      (17) Han, B.; Li, Q.; Jiang, X.; Guo, Y.; Jiang, Q.; Su, Y.; Li, L.; Qiao, B. Small 2022,18, 2204490. doi: 10.1002/smll.202204490(17) Han, B.; Li, Q.; Jiang, X.; Guo, Y.; Jiang, Q.; Su, Y.; Li, L.; Qiao, B. Small 2022,18, 2204490. doi: 10.1002/smll.202204490

    18. [18]

      (18) Guo, Y.; Li, Y.; Du, X.; Li, L.; Jiang, Q.; Qiao, B. Nano Res. 2022, 15, 10037. doi: 10.1007/s12274-022-4376-5(18) Guo, Y.; Li, Y.; Du, X.; Li, L.; Jiang, Q.; Qiao, B. Nano Res. 2022, 15, 10037. doi: 10.1007/s12274-022-4376-5

    19. [19]

      (19) Han, B.; Guo, Y. L.; Huang, Y. K.; Xi, W.; Xu, J.; Luo, J.; Qi, H. F.; Ren, Y. J.; Liu, X. Y.; Qiao, B. T.; et al. Angew. Chem.-Int. Edit.2020, 59, 11824. doi: 10.1002/anie.202003208(19) Han, B.; Guo, Y. L.; Huang, Y. K.; Xi, W.; Xu, J.; Luo, J.; Qi, H. F.; Ren, Y. J.; Liu, X. Y.; Qiao, B. T.; et al. Angew. Chem.-Int. Edit.2020, 59, 11824. doi: 10.1002/anie.202003208

    20. [20]

      (20) Tang, H. L.; Liu, F.; Wei, J. K.; Qiao, B. T.; Zhao, K. F.; Su, Y.; Jin, C. Z.; Li, L.; Liu, J. Y.; Wang, J. H.; et al. Angew. Chem.-Int. Edit. 2016, 55, 10606. doi: 10.1002/anie.201601823(20) Tang, H. L.; Liu, F.; Wei, J. K.; Qiao, B. T.; Zhao, K. F.; Su, Y.; Jin, C. Z.; Li, L.; Liu, J. Y.; Wang, J. H.; et al. Angew. Chem.-Int. Edit. 2016, 55, 10606. doi: 10.1002/anie.201601823

    21. [21]

      (21) Renz, M.; Corma, A. Eur. J. Org. Chem. 2004, 2004, 2036. doi: 10.1002/ejoc.200300778(21) Renz, M.; Corma, A. Eur. J. Org. Chem. 2004, 2004, 2036. doi: 10.1002/ejoc.200300778

    22. [22]

      (22) Akashi, T.; Sato, S.; Takahashi, R.; Sodesawa, T.; Inui, K. Catal. Commun. 2003,4, 411. doi: 10.1016/s1566-7367(03)00095-5(22) Akashi, T.; Sato, S.; Takahashi, R.; Sodesawa, T.; Inui, K. Catal. Commun. 2003,4, 411. doi: 10.1016/s1566-7367(03)00095-5

    23. [23]

      (23) Mori, K.; Kanai, S.; Hara, T.; Mizugaki, T.; Ebitani, K.; Jitsukawa, K.; Kaneda, K. Chem. Mater. 2007, 19, 1249. doi: 10.1021/cm061388l(23) Mori, K.; Kanai, S.; Hara, T.; Mizugaki, T.; Ebitani, K.; Jitsukawa, K.; Kaneda, K. Chem. Mater. 2007, 19, 1249. doi: 10.1021/cm061388l

    24. [24]

      (24) Tauster, S. J.; Fung, S. C. J. Catal. 1978, 55, 29.(24) Tauster, S. J.; Fung, S. C. J. Catal. 1978, 55, 29.

    25. [25]

      (25) Vimont, A.; Thibault-Starzyk, F.; Daturi, M. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 4928. doi: 10.1039/b919543m(25) Vimont, A.; Thibault-Starzyk, F.; Daturi, M. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 4928. doi: 10.1039/b919543m

    26. [26]

      (26) Lamberti, C.; Zecchina, A.; Groppo, E.; Bordiga, S. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 4951. doi: 10.1039/c0cs00117a(26) Lamberti, C.; Zecchina, A.; Groppo, E.; Bordiga, S. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 4951. doi: 10.1039/c0cs00117a

    27. [27]

      (27) Li, L.; Wang, A. Q.; Qiao, B. T.; Lin, J.; Huang, Y. Q.; Wang, X. D.; Zhang, T. J. Catal. 2013, 299, 90. doi: 10.1016/j.jcat.2012.11.019(27) Li, L.; Wang, A. Q.; Qiao, B. T.; Lin, J.; Huang, Y. Q.; Wang, X. D.; Zhang, T. J. Catal. 2013, 299, 90. doi: 10.1016/j.jcat.2012.11.019

    28. [28]

      (28) Zhao, K.; Tang, H.; Qiao, B.; Li, L.; Wang, J. ACS Catal. 2015, 5, 3528. doi: 10.1021/cs5020496(28) Zhao, K.; Tang, H.; Qiao, B.; Li, L.; Wang, J. ACS Catal. 2015, 5, 3528. doi: 10.1021/cs5020496

    29. [29]

      (29) Lang, R.; Li, T.; Matsumura, D.; Miao, S.; Ren, Y.; Cui, Y. T.; Tan, Y.; Qiao, B.; Li, L.; Wang, A.; et al. Angew. Chem.-Int. Edit. 2016, 55, 16054. doi: 10.1002/anie.201607885(29) Lang, R.; Li, T.; Matsumura, D.; Miao, S.; Ren, Y.; Cui, Y. T.; Tan, Y.; Qiao, B.; Li, L.; Wang, A.; et al. Angew. Chem.-Int. Edit. 2016, 55, 16054. doi: 10.1002/anie.201607885

    30. [30]

      (30) Wu, J.; Qiao, L.-Y.; Zhou, Z.-F.; Cui, G.-J.; Zong, S.-S.; Xu, D.-J.; Ye, R.-P.; Chen, R.-P.; Si, R.; Yao, Y.-G. ACS Catal. 2019, 9, 932. doi: 10.1021/acscatal.8b03319(30) Wu, J.; Qiao, L.-Y.; Zhou, Z.-F.; Cui, G.-J.; Zong, S.-S.; Xu, D.-J.; Ye, R.-P.; Chen, R.-P.; Si, R.; Yao, Y.-G. ACS Catal. 2019, 9, 932. doi: 10.1021/acscatal.8b03319

    31. [31]

      (31) Mou, J. L.; Chen, L. L.; Fan, J.; Zeng, L.; Jiang, X.; Jiao, Y.; Wang, J. L.; Chen, Y. Q. Acta Phys.-Chim. Sin. 2023, 39, 2302041. doi: 10.3866/PKU.WHXB202302041(31) Mou, J. L.; Chen, L. L.; Fan, J.; Zeng, L.; Jiang, X.; Jiao, Y.; Wang, J. L.; Chen, Y. Q. Acta Phys.-Chim. Sin. 2023, 39, 2302041. doi: 10.3866/PKU.WHXB202302041

    32. [32]

      (32) Marchionni, V.; Newton, M. A.; Kambolis, A.; Matam, S. K.; Weidenkaff, A.; Ferri, D. Catal. Today 2014, 229, 80. doi: 10.1016/j.cattod.2013.10.082(32) Marchionni, V.; Newton, M. A.; Kambolis, A.; Matam, S. K.; Weidenkaff, A.; Ferri, D. Catal. Today 2014, 229, 80. doi: 10.1016/j.cattod.2013.10.082

    33. [33]

      (33) Machida, M.; Minami, S.; Ikeue, K.; Hinokuma, S.; Nagao, Y.; Sato, T.; Nakahara, Y. Chem. Mater. 2014, 26, 5799. doi: 10.1021/cm503061g(33) Machida, M.; Minami, S.; Ikeue, K.; Hinokuma, S.; Nagao, Y.; Sato, T.; Nakahara, Y. Chem. Mater. 2014, 26, 5799. doi: 10.1021/cm503061g

    34. [34]

      (34) Machida, M.; Minami, S.; Hinokuma, S.; Yoshida, H.; Nagao, Y.; Sato, T.; Nakahara, Y. J. Phys. Chem. C 2014, 119, 373. doi: 10.1021/jp509649r(34) Machida, M.; Minami, S.; Hinokuma, S.; Yoshida, H.; Nagao, Y.; Sato, T.; Nakahara, Y. J. Phys. Chem. C 2014, 119, 373. doi: 10.1021/jp509649r

    35. [35]

      (35) Machida, M. Chem. Rec. 2016, 16, 2219. doi: 10.1002/tcr.201600037(35) Machida, M. Chem. Rec. 2016, 16, 2219. doi: 10.1002/tcr.201600037

    36. [36]

      (36) Gol’dshleger, N. F.; Azbel', B. I.; Isakov, Y. I.; Shpiro, E. S.; Minachev, K. M. J. Mol. Catal. A: Chem. 1996, 106, 159.(36) Gol’dshleger, N. F.; Azbel', B. I.; Isakov, Y. I.; Shpiro, E. S.; Minachev, K. M. J. Mol. Catal. A: Chem. 1996, 106, 159.

    37. [37]

      (37) Andersson, S. L. T.; Scurre, M. S. J. Catal. 1981, 71, 233.(37) Andersson, S. L. T.; Scurre, M. S. J. Catal. 1981, 71, 233.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  39
  • HTML全文浏览量:  13
文章相关
  • 收稿日期:  2024-08-04
  • 接受日期:  2024-10-02
  • 修回日期:  2024-09-14
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