清华大学Nano Lett. | 钯单原子和簇位点协同催化喹啉选择性加氢

英文原题： Atomically Dispersed Palladium Catalyst for Chemoselective Hydrogenation of Quinolines

通讯作者： 李亚栋（清华大学）

作者： Shunwu Wang, Zhenbo Guo, Ligang Wang, Yang Zeng, Xiao Liang, Feng Dong, Peng Zhu, Huan Liu, Dingsheng Wang, and Yadong Li*

喹啉选择性加氢制高值1,2,3,4-四氢喹啉（py-THQ）是一种原子经济性高的最有前途的路线。但喹啉加氢反应通常具有较高的反应能垒，不易被加氢，催化剂上仍很难同时做到活性、选择性和稳定性的兼得。研究开发高效的喹啉选择性加氢催化剂具有重要的实际意义。

有鉴于此， 清华大学王定胜 教授、 李亚栋 院士报道了 在碳化钛载体上设计原子分散Pd催化剂，其中原子分散的Pd以Pd- Ti ₂ C ₂ 和少量以原子层分散的Pd簇形式存在。所制备的 Pd _SA+NC /TiC催化剂在喹啉选择性加氢中表现出高的催化活性和py-THQ选择性 ，优于P d _SA /TiC、P d _NC /TiC和市售Pd/C、Lindlar催化剂。

文章要点

1）研究人员通过湿化学策略合成P d _SA+NC /TiC，通过AC-HAADF-STEM，拓展X射线吸收精细结构 (EXAFS) 和X射线吸收近边结构 (XANES)证实Pd单原子和少量原子簇的存在。

2）合成的P d _SA+NC /TiC表现出出色的喹啉选择性加氢性能。py-THQ 产率为99.1%，TOF值为463 h ^-1 , TOF分别是Pd/C和Lindlar催化剂的21和12.9倍。

3）密度泛函理论（DFT）计算表明， P d _NC 位点有利于 H ₂ 的活化和解离进而提高了喹啉加氢活性和催化效率。值得注意的是，相较于Pd单原子对喹啉和活性中间体的吸附，P d _NC 位点上更容易吸附，但py-THQ在P d _SA 位点上的脱附更有利。P d _SA 和少量P d _NC 之间的位点协同使得P d _SA+NC /TiC催化剂具有出色的喹啉选择性加氢性能。

该研究工作表明，单原子与簇位点的合理调控对于设计高性能的加氢催化剂非常有效。