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Nature Commun：水合氢离子浓度对催化呋喃甲醛加氢活性的影响

纳米技术
2022-11-24


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在溶液相化学环境进行的催化反应中，其中包括水分子以及水分子的离子（水合氢离子），其可能影响催化反应的机理和动力学。

有鉴于此，慕尼黑工业大学Johannes A. Lercher、Wei Zhang等报道发现溶液相中以Pd/C催化剂进行呋喃甲醛加氢催化反应，通过将水合氢离子的浓度调节5个数量级（调节pH值由7变为1.6），导致催化反应的速率得以提高接近1个数量级。

本文要点

（1）

研究发现通过Langmuir-Hinshelwood机理而不是质子耦合电子转移（PCET）能够更好的描述反应决速步骤，在L-H机理中吸附在Pd上的氢原子转移到反应物分子的羰基C原子上。因此，Pd与氢原子之间的结合是决定加氢反应性能的关键，与氢原子的结合力随着水合氢离子浓度的提高而降低（提高pH导致结合力降低2 kJ molH2-1，导致速率常数提高270 %）。

（2）

相比于氢原子在Pd表面的结合与pH有关，呋喃甲醛在Pd表面的吸附与pH无关，呋喃甲醛在Pd表面的吸附呈现倾斜的形式，这种吸附形貌有利于氢原子进攻羰基官能团。

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参考文献

Yu, I.K.M., Deng, F., Chen, X. et al. Impact of hydronium ions on the Pd-catalyzed furfural hydrogenation. Nat Commun 13, 7154 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-34608-8

https://www.nature.com/articles/s41467-022-34608-8




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