清华大学王定胜教授Nature Communications：制备金属间纳米颗粒来调节对硝基苯乙炔加氢的选择性

【引言】

铂（Pt）催化的对硝基苯乙炔的硝基的选择性加氢制备氨基苯乙炔是生产抗癌药厄洛替尼和荧光标记的中间体的重要过程。然而，传统的Pt催化剂同时对炔基和硝基进行加氢，使产物的选择性差。调节Pt的电子结构是优化其催化选择性的有效策略。构造金属间化合物是调节电子结构的方法之一，但很少被使用。

【成果简介】

近日，清华大学的王定胜教授（通讯作者）等人在国际期刊Nat. Commun.上报道了孤立相邻的Pt原子和形成Pt–Zn金属间纳米颗粒来有效调节Pt催化剂的选择性。负载在氮掺杂的中空碳纳米管上的PtZn金属间化合物 (PtZn/HNCNT)是通过牺牲模板法制备的。PtZn/HNCNT将对硝基苯乙炔选择性加氢制备4-乙炔基苯胺的催化转化率提高至大于99%，选择性提高至99%，优于Pt单原子催化剂(Pt/HNCNT)和Pt纳米颗粒(Pt/CN)。密度泛函理论（DFT）计算表明硝基的吸附的改善归因于锌原子，硝基的加氢在动力学上得到促进是因为Pt–Zn金属间纳米颗粒。

【图文导读】

图1.催化剂的合成与表征

a.PtZn/HNCNT的合成策略

b–d.PtZn/HNCNT的透射电镜（TEM）图像(b)、高角环形暗场扫描透射电镜 (HAADF STEM)图像(c)和像差校正（AC）HAADF STEM图像

e.PtZn金属间化合物的晶体结构

f, g.PtZn金属间化合物纳米颗粒的AC HAADF STEM图像(f) 和元素分布图像(g) 

图2.催化剂的X射线吸收光谱

a, c.PtZn/HNCNT、Pt/HNCNT、Pt/CN和Pt片的Pt L₃-edge的X射线吸收近边结构(XANES) 谱图(a)和傅立叶变换扩展X射线吸收精细结构(FT-EXAFS)(c)

b, d.PtZn/HNCNT、ZnO和Zn片的Zn K-edge的XANES谱图和FT-EXAFS

图3.催化剂的催化性能

a.对硝基苯乙炔的加氢的反应路径

b.PtZn/HNCNT、Pt/HNCNT、中空的氮掺杂碳纳米管(HNCNT)、Pt/CN和ZnO的催化性能

图4.DFT计算

a, b.Pt(111) (a)和PtZn(022¯) (b)表面上的硝基和炔基的第一初步氢化反应阶段

【小结】

Pt催化剂的选择性可以通过孤立相邻的Pt原子和形成Pt–Zn金属间纳米颗粒进行有效调节。PtZn/HNCNT的催化选择性（99%）优于Pt/HNCNT。DFT计算表明锌原子提高了硝基的吸附能力和Pt–Zn金属间纳米颗粒促进氢原子扩散路径。这项工作提供了可行的调节贵金属催化剂的选择性的策略来获得所需产物。

文献链接：Isolating contiguous Pt atoms and forming Pt-Zn intermetallic nanoparticles to regulate selectivity in 4-nitrophenylacetylene hydrogenation（Nat. Commun.，2019，DOI：10.1038/s41467-019-11794-6  ）

本文由kv1004供稿。