掺氮碳基底上的ZrO?中负载的铑纳米颗粒，显著提升了硝基芳烃加氢反应的催化选择性和活性

《Applied Catalysis B: Environment and Energy》：Rhodium nanoparticles in ZrO 2 on N-doped carbon leads to ultra-high catalytic selectivity and activity in nitroarene hydrogenation

该催化剂仅含0.1wt% Rh，在硝基芳烃还原中表现出98.6%转化率和100%选择性，其高效源于Rh与ZrO?-N的相互作用引发的氢溢流效应，通过表征和计算验证了Rh表面氢的吸附-活化-解离机制。

　　

摘要

金属纳米颗粒因其高原子效率和可调节的活性微环境而被广泛用于异相催化，但它们的具体功能特性仍不明确。在本研究中，我们发现一种含有仅0.1 wt% Rh的Rh@ZrO₂/NC催化剂在将硝基芳烃中的-NO₂基团氢化为-NH₂的过程中表现出卓越的催化性能和高选择性（对p-硝基乙酰苯酮的转化率为98.6%，对p-氨基乙酰苯酮的选择性为100%，r-56.4 mol_{p-硝基乙酰苯酮}/(mol_Rh·min)）。这是因为Rh物种与“ZrO₂-N”之间的相互作用导致催化剂内部产生了显著的氢溢出效应，这一点通过密度泛函理论（DFT）计算得到了证实。通过热重分析（TG）、差热重分析（DTG）、NAP-XPS、原位拉曼光谱（in-situ Raman spectroscopy）、原位DRIFT光谱以及DFT计算等手段的深入表征，进一步证实了氢在Rh纳米颗粒上的吸附、活化及解离过程。H*物种能够轻易地在ZrO₂-NC表面迁移，从而促进了硝基芳烃氢化的催化活性和选择性。本研究为开发高效且选择性的金属纳米颗粒催化剂以实现经济可行的氢化反应提供了一种新的方法。