В Университете Сунь Ятсена создали серостойкий платиновый катализатор в лаборатории
Модификация углеродного носителя азотом защитила отдельные атомы платины от отравления серой при гидрировании нитроаренов.
Исследователи из Университета Сунь Ятсена разработали серостойкий одноатомный платиновый катализатор для селективного гидрирования нитроаренов, сообщает EurekAlert eurekalert.org
EurekAlerteurekalert.orgОткрыть источник ↗. Группа под руководством Сяохуэя Хэ установила, что регулирование координационного окружения изолированных атомов платины на углеродном носителе предотвращает дезактивацию серосодержащими соединениями. Разработанный процесс направлен на получение ароматических аминов, используемых в синтезе фармпрепаратов и агрохимикатов.
Для создания материала углеродную основу обрабатывали аммиаком в течение различного времени, после чего наносили изолированные атомы платины методом распыления прекурсора. Анализ с помощью спектроскопии и просвечивающей растровой электронной микроскопии высокой четкости (HAADF-STEM) с коррекцией аберраций подтвердил атомное диспергирование платины. В наиболее эффективном образце атом платины координировался с четырьмя атомами азота.
Активность и стабильность в циклах
При гидрировании 4-нитротиоанизола образец после 60-минутной обработки аммиаком показал частоту оборотов (TOF) 1166 ч⁻¹ при конверсии ниже 30%, что примерно в 12 раз превысило показатель наименее активного аналога в серии. Авторы зафиксировали нелинейную зависимость: активность сначала росла по мере увеличения доли азота, а затем снижалась. Оптимизированный образец обеспечил 100% селективности по целевому продукту, сохранив селективность выше 99% и стабильную частоту оборотов в течение пяти циклов повторного использования.
После реакции анализы не выявили агломерации платины или изменений степени ее окисления eurekalert.org
EurekAlerteurekalert.orgОткрыть источник ↗. В то время как одноатомный платиновый катализатор без азотной обработки резко терял активность в присутствии серы, модифицированный образец сохранял производительность в серосодержащих средах.
Механизм селективности
Эксперименты по водородно-дейтериевому обмену показали, что оптимизированный образец наиболее эффективно активирует водород среди всей серии катализаторов. Расчеты по теории функционала плотности подтвердили, что азотное окружение ослабляет связывание серосодержащих групп с активными центрами, одновременно способствуя взаимодействию с нитрогруппой. По сообщению авторов, модификация носителя открывает возможность защитить одноатомные катализаторы от серного отравления в реакциях тонкого органического синтеза.
