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5月12日，廈門大學化學化工學院鄭南峰教授團隊和芬蘭Jyv?skyl?大學的Hannu H?kkinen團隊合作在Chem上發表題為 “Regioselective hydrogenation of alkenes over atomically dispersed Pd sites on NHC-stabilized bimetallic nanoclusters” 的研究。該工作通過解析氮雜卡賓保護的合金納米團簇PdAu₉(NHC^Bn)₇X₂的單晶結構，在原子水平上完整表征出原子級分散Pd催化位點的配位結構。并以此納米團簇為模型催化劑，結合實驗和理論計算深入理解了雙烯區域選擇性加氫過程中的結構和性能關系，實現了“看見”選擇性加氫過程的目標，為多相催化劑性能的精準控制提供了新思路。

研究團隊通過化學還原法制備了PdAu₉(NHC^Bn)₇X₂（NHC^Bn為dibenzylbenzimidazolin-2-ylidene，X為Br或Cl）納米團簇，并通過X-射線單晶衍射解析了該團簇的分子結構。該團簇結構中的Pd單原子位點被9個Au形成的原子環包圍，而Au₉原子環又被七個卡賓和兩個鹵化物配體所穩定。該團簇上單一Pd位點的環繞排列和配位不飽和性賦予它活化H₂的能力，均裂活化后的氫原子可以氫化丙烯酰胺中的C=C鍵，但不能氫化極性C=O鍵。有趣的是，由于處于Au₉環及其表面配體所創造的特殊空間環境中，這種Pd單原子位點對加氫底物分子具有極高的選擇性，只有小位阻的烯烴例如丙烯酰胺可以被氫化，而相對較大位阻的甲基丙烯酰胺不能被氫化。DFT計算清晰地模擬了整個反應歷程，發現解離的H原子非常接近金屬內核。但由于空間位阻，甲基丙烯酰胺不像丙烯酰胺那樣容易接近，從能量和空間位阻上都成功解釋了催化過程中選擇性的問題。鑒于NHC保護的團簇PdAu₉在烯烴（分子結構差異很小）加氫中表現出完全不同的加氫性能，該單位點催化劑被應用于雙烯化合物的選擇性加氫反應中。在芳樟醇的選擇性加氫中，PdAu₉/XC-72的催化的選擇性高達96.9%。一系列對比實驗表明，單個Pd原子的摻雜、團簇的開放框架以及PdAu₉團簇的配體屬性在催化反應中都起著至關重要的作用。

該工作在鄭南峰教授和Hannu H?kkinen教授的共同指導下完成。其中，實驗部分主要由2018級博士研究生沈慧和吳慶遠完成，理論計算部分由芬蘭Jyv?skyl?大學的Maryam Sabooni Asre Hazer和Sami Malola完成。工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、111引智計劃和Academy of Finland的資助。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929422002157?dgcid=author