鉑碳相互作用調節在硝基類還原反應中的構效關系研究

　　表面改性碳納米管作為催化劑載體是催化領域的研究熱點之一，碳納米管表面引入的官能團或雜原子可以調控其與負載金屬組分間的相互作用，從而影響催化劑對底物的吸脫附，實現催化反應過程的高選擇性。對含有各種取代基的芳香硝基化合物選擇加氫制備相應的芳胺是精細化工領域最重要的反應之一，這些芳胺類化合物在農藥、醫藥、染料及高分子等領域具有廣泛的應用。但當反應物分子中含有C-X (X=Cl、Br、I)、CH=O、-C=O和C≡N等易還原基團時，選擇性還原硝基而保留其它官能團對于傳統的商業Pt/C催化劑來說仍面臨巨大挑戰。

　　近日，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家（聯合）實驗室催化材料研究部研究員張炳森、蘇黨生所帶團隊關于鉑-碳相互作用調節在硝基類還原反應中的構效關系研究取得新進展，研究表明碳納米管表面氮物種的引入不僅可以增強鉑納米粒子的分散性和穩定性，同時兩者之間的電子相互作用也影響了鉑納米粒子的電子結構，使其在鹵代硝基苯的還原反應中具有優異的選擇性。

　　研究團隊博士生石文在張炳森和蘇黨生的指導下，通過乙二醇還原方法制備了系列高分散的碳納米管負載鉑（Pt/CNTs）催化劑，通過在碳納米管表面引入不同的官能團或雜原子，調控其與金屬鉑納米粒子間的相互作用，以硝基類化合物的選擇性加氫為探針反應研究其構效關系。同時，首次在液相反應中利用相同位置-電子顯微學方法（Identical Location-Transmission Electron Microscopy, IL-TEM）研究了反應條件下相同位置催化劑的結構演變過程，直觀證明了氮物種的引入對負載的鉑納米顆粒的穩定性起重要作用。相關研究成果發表在美國化學會期刊ACS Catalysis上。

　　近年來，該課題組在碳材料負載金屬納米粒子催化劑研究方面做了系列工作（Chem Commun 2014, 50, 3856； ChemCatChem 2014, 6, 2607； Chem Commun 2016, 52, 3927），并以綜述文章詳述該領域成果及發展（Chem Rev 2015, 115, 2818； ChemCatChem 2015, 7, 3639），為負載型催化劑研究提供重要參考依據。研究工作得到了國家自然科學基金委項目、遼寧省自然科學基金-沈陽材料科學國家（聯合）實驗室聯合開放基金的支持。

圖1：“相同位置-電子顯微學”（IL-TEM）方法在液相反應體系中的應用示意圖（左）；高分散鉑納米粒子負載于表面改性碳納米管及其在硝基類還原反應中的構效關系示意圖（右）