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大连化物所Angew.:Pd@HoMS-C和Pd/HoMS-C助力选择性催化半加氢
模仿细胞的结构和功能来制造人工细胞器,刺激了生产具有仿生催化功能的中空纳米反应器有效策略的发展,但由于制备难度很大,很少有报道。
基于此,中科院大连化学物理研究所刘健研究员、杨启华研究员等人报道了一种具有中空多壳结构(HoMS)和空间负载金属纳米颗粒的中空纳米反应器。从分子水平的设计策略出发,精确地构建了定义良好的中空多壳结构酚醛树脂(HoMS-PR)和碳(HoMS-C)微米颗粒。
内部封装(Pd@HoMS-C)或外部支持(Pd/HoMS-C)在催化半加氢反应中具有分子识别特性,包括对小脂肪底物的Pd@HoMS-C和对大芳香底物的Pd/HoMS-C的高活性和选择性。
通过DFT计算,作者研究了这对纳米反应器分子识别催化行为的原因,并比较了不同分子大小和形状的底物(3H和PA)在负载Pd30簇(Pd30Gr)和纯石墨烯(Gr)的石墨烯模型上的吸附能。
其中,PA在Pd30Gr上的吸附能(-3.86 eV)明显高于3H(-2.77 eV),从而导致PA优先附着在暴露的Pd NPs上,使Pd/HoMS-C对PA具有更优异的催化活性。在Gr模型下,3H上的吸附能弱于PA,表明3H分子更容易通过碳壳层扩散,并被Pd@HoMS-C富集和加氢。
此外,作者还分析了这些模型吸附的底物分子(Pd30Gr和Gr)的电荷密度差,以及被吸附的底物分子中C原子的总Bader电荷。Bader电荷表明,在吸附结构中,电子从Pd30Gr和Gr向3H和PA转移。
对比3H,Pd30Gr和Gr都向PA转移了更多的电子,相应Pd30Gr到3H的电子转移值为0.68 e,Pd30Gr到PA的电子转移值为0.99 e,Gr到3H的电子转移值为0.59 e,Gr到PA的电子转移值为0.67 e,证明了上述吸附行为,有助于更好地理解分子识别催化性能。
Design of Hollow Nanoreactors for Size- and Shape-Selective Catalytic Semihydrogenation Driven by Molecular Recognition. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202307096.
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