A Durable Nickel Single‐Atom Catalyst for Hydrogenation Reactions and Cellulose Valorization under Harsh Conditions

催化作用 纤维素 化学 Atom(片上系统) 材料科学 化学工程 有机化学 计算机科学 工程类 嵌入式系统
作者
Wengang Liu,Yinjuan Chen,Haifeng Qi,Leilei Zhang,Wensheng Yan,Xiaoyan Liu,Xiaofeng Yang,Shu Miao,Wentao Wang,Chenguang Liu,Aiqin Wang,Jun Li,Tao Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:57 (24): 7071-7075 被引量:279
标识
DOI:10.1002/anie.201802231
摘要

Hydrothermally stable, acid-resistant nickel catalysts are highly desired in hydrogenation reactions, but such a catalyst remains absent owing to the inherent vulnerability of nickel under acidic conditions. An ultra-durable Ni-N-C single-atom catalyst (SAC) has now been developed that possesses a remarkable Ni content (7.5 wt %) required for practical usage. This SAC shows not only high activities for hydrogenation of various unsaturated substrates but also unprecedented durability for the one-pot conversion of cellulose under very harsh conditions (245 °C, 60 bar H2 , presence of tungstic acid in hot water). Using integrated spectroscopy characterization and computational modeling, the active site structure is identified as (Ni-N4)⋅⋅⋅N, where significantly distorted octahedral coordination and pyridinic N constitute a frustrated Lewis pair for the heterolytic dissociation of dihydrogen, and the robust covalent chemical bonding between Ni and N atoms accounts for its ultrastability.
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