Highly Efficient Iron-Based Catalyst for Light-Driven Selective Hydrogenation of Nitroarenes

化学 催化作用 联氨(抗抑郁剂) 硝基 组合化学 选择性 光催化 光热治疗 水合物 合理设计 吸附 纳米技术 有机化学 烷基 材料科学 色谱法
作者
Jun Ma,Xin Mao,Canyu Hu,Xinyu Wang,Wanbing Gong,Dong Liu,Ran Long,Aijun Du,Huijun Zhao,Yujie Xiong
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (1): 970-978 被引量:46
标识
DOI:10.1021/jacs.3c11610
摘要

Light-driven hydrogenation of nitro compounds to functionalized amines is of great importance yet a challenge for practical applications, which calls for the development of high-performance, nonprecious photocatalysts and efficient catalytic systems. Herein, we report a high-efficiency Fe3O4@TiO2 photocatalyst via a sol-gel and subsequent pyrolysis strategy, which exhibits desirable photothermal hydrogenation performance of nitro compounds to functionalized amines with the excellent selectivity of >90% exceeding those of the state-of-the-art heterogeneous photocatalysts. Our experimental results and theoretical calculations for the first time reveal that Fe3O4 is the major active phase, and the strong metal-support interaction between Fe3O4 and reducible TiO2 further leads to performance improvement, taking advantage of the enhanced photothermal effect and the improved adsorption for the reactant and hydrazine hydrate. Notably, a variety of halonitrobenzenes and pharmaceutical intermediates can be completely converted to functionalized amines with high selectivities, even in gram-scale reactions. This work provides a new insight into the rational design of nonprecious photo/thermo-catalysts for other catalytic reactions.
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