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Nature子刊:O-Pd/TiO2高活性和選擇性的氧加氫制H2O2

Nature子刊:O-Pd/TiO2高活性和選擇性的氧加氫制H2O2
納米鈀(Pd)基催化劑廣泛用于由氫氣(H2)和氧氣(O2)直接合成過氧化氫(H2O2),但由于反應(yīng)物O2和生成的H2O2均發(fā)生O-O鍵斷裂,因此其選擇性和產(chǎn)率仍然較差,這可能是O2在Pd納米顆粒上的吸附構(gòu)型不同導(dǎo)致的。
基于此,北京工業(yè)大學(xué)陳戈教授、李洪義教授和莊春強(qiáng)副研究員(共同通訊作者)等人報(bào)道了一種具有高活性和選擇性的單原子Pd催化劑(O-Pd/TiO2催化劑)。
Nature子刊:O-Pd/TiO2高活性和選擇性的氧加氫制H2O2
通過密度泛函理論(DFT)計(jì)算證明,O-O鍵斷裂在單個(gè)Pd原子上受到顯著抑制,O2更容易被活化形成*OOH,其是H2O2合成的關(guān)鍵中間體,同時(shí)關(guān)閉H2O2的降解。因此,O-Pd/TiO2催化劑具有高產(chǎn)率和選擇性,是因?yàn)閱卧覲d催化劑上O-O鍵解離和H2O2解離的高能壘。
Nature子刊:O-Pd/TiO2高活性和選擇性的氧加氫制H2O2
實(shí)驗(yàn)測試發(fā)現(xiàn),優(yōu)化后的0.1%O-Pd/TiO2催化劑的H2O2產(chǎn)率高達(dá)115?mol gPd-1 h-1,選擇性高于99%,超過了已報(bào)道的Pd基催化劑的性能。
此外,H2O2的濃度在一批中達(dá)到1.07?wt.%。該工作報(bào)道了單原子Pd催化劑在H2O2直接合成中的應(yīng)用,并且將對(duì)后續(xù)直接合成H2O2的催化劑設(shè)計(jì)和未來相應(yīng)的機(jī)理研究產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
Nature子刊:O-Pd/TiO2高活性和選擇性的氧加氫制H2O2
High activity and selectivity of single palladium atom for oxygen hydrogenation to H2O2. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-32450-6.
https://doi.org/10.1038/s41467-022-32450-6.

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