摘要：催化加氢是生产高附加值燃料和精细化学品的重要工业途径,但需要高效的催化剂,尤其是廉价的非贵金属催化剂.迄今为止,大多数高性能催化加氢催化剂都是由贵金属材料制成,并且这些催化剂都只能用于催化一种或几种特定的反应.在这里,我们例证了一种晶相工程方法,其能赋予Ni纳米颗粒(NPs)卓越的、广谱的内在催化加氢活性.这种负载于碳载体上含有hcp晶相的Ni NPs催化剂通过直接碳化热解Ni咪唑MOF前驱体获得.在纯水中,含hcp相的Ni NPs对硝基、醛、酮、烯烃和N杂环化合物表现出前所未有的加氢催化活性,优于类似物fcc-Ni和目前报道的其他过渡金属催化剂.密度泛函理论计算表明,hcp-Ni通过增强底物吸附强度和降低速率决定步骤的反应势垒能共同来提高内在催化氢化活性.我们预计这项工作中揭示的晶相工程设计方法将适用于其他类型的反应.

摘要：将储量丰富的生物质及其衍生物转化为具有高附加值的燃料和化学品被认为是一种有前景的绿色途径,可以极大地减少人们对传统化石资源的依赖.作为木质纤维素热解的直接产物和生物油升级的模型化合物,香草醛可以通过加氢脱氧(HDO)过程选择性地转化为2-甲氧基-4-甲基苯酚(MMP).MMP是一种有价值的化学品,常用于香料和药物等重要中间体的合成.在过去十年里,大量的金属催化剂被用来催化香草醛HDO转化为MMP.其中,贵金属(Pt,Pd,Ru和Au)虽然活性高,但是其储量低、价格昂贵,不利于工业化应用;而非贵金属(Fe,Co,Ni和Cu)的催化活性普遍较低,需要苛刻的反应条件来提高转化效率和选择性.此外,这类HDO反应大都在有机溶剂中进行,容易造成环境污染.因此,开发高效、稳定的非贵金属催化剂用于水相HDO反应是一个巨大的挑战.一般来说,合金纳米颗粒(NPs)具有强烈的协同效应,能产生良好的配位结构和电子环境,从而显著提升催化活性和选择性.基于此,本文首次采用了一种简单可控的合成方法来制备三聚氰胺海绵负载的氮掺杂碳纳米管(N-CNTs)限域的Ni-Co合金NPs(NiCo@N-CNTs/CMF)催化剂.该催化剂具有优异的HDO性能,在2 MPa H_(2),120℃反应6 h条件下,能在水相中将生物质衍生的香草醛高效转化为MMP,转化率和选择性均达到100%.相比于单金属的Ni@N-CNTs/CMF和Co@N-CNTs/CMF催化剂,香草醛转化率和MMP选择性都有大幅度的提高.而且,在温和的反应条件下,该催化剂对香草醛衍生物和其他芳香醛类化合物同样表现出优异的HDO性能,拥有100%的转化率以及较高的MMP选择性(91.5%~100%).XPS结果表明,Ni-Co形成合金后发生了电子结构的偏移,即Co原子可以从邻近的Ni原子处得到电子,提高Co电子云密度,从而促进对香草醛中C=O键的吸附.DFT计算结果表明,相比于单金属的Ni和Co,Ni-Co合金化后能显著提高对C=O键的选择性吸附和活化.同时,H_(2)解离后形成的活性H^(*)物种在Ni-Co合金NPs表面更容易脱附并参与催化反应.因此,Ni-Co@N-CNTs/CMF催化剂优异的HDO性能主要是由于Ni-Co合金NPs的协同作用大大促进了其对C=O键的选择性吸附和活化,以及活化氢物种的脱附.本文为设计和制备高效的非贵金属催化剂应用于水相的HDO反应提供了一个新策略.

摘要：设计性能优异的硝基化合物选择性加氢或转移加氢生成胺类的非贵金属多相催化剂具有重要的意义,但又具有很大的挑战性.本文报道了氮掺杂碳负载的单原子Fe催化剂(Fe_(1)/N-C).通过调控温度,Fe_(1)/N-C催化剂对硝基苯的选择性加氢和转移加氢均具有良好的催化性能.DFT计算表明,Fe_(1)/N-C在较低温度下能够很好地活化反应物和中间体,因此具有较高的选择性加氢活性.此外,Fe_(1)/N-C在较高温度下可以克服异丙醇脱氢反应的能量障碍,因此具有很好的转移加氢性能.