Designing Efficient Single-Atom Alloy Catalysts for Selective C═O Hydrogenation: A First-Principles, Active Learning and Microkinetic Study

巴豆醛 催化作用 选择性 密度泛函理论 材料科学 还原消去 Atom(片上系统) 光化学 计算化学 组合化学 纳米技术 化学工程 化学 有机化学 嵌入式系统 工程类 计算机科学
作者
Haisong Feng,Meng Zhang,Zhen Ge,Yuan Deng,Pengxin Pu,Wenyu Zhou,Hao Yuan,Jing Yang,Feng Li,Xin Zhang,Yong‐Wei Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (48): 55903-55915 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acsami.3c15108
摘要

Selective hydrogenation of α,β-unsaturated aldehydes into unsaturated alcohols is a process in high demand in organic synthesis, pharmaceuticals, and food production. This process requires the precise hydrogenation of C═O bonds, a challenge that requires a tailored catalyst. Single-atom alloys (SAAs), where individual atoms of one metal are distributed in a host metal matrix, offer a potential solution to this challenge. Nevertheless, identifying the appropriate SAA capable of targeted adsorption and the efficient activation of C═O bonds remains a substantial hurdle. In this work, we synergistically combine density functional theory (DFT) calculations, active learning, and microkinetic simulations to design SAAs for the efficient and selective hydrogenation of α,β-unsaturated aldehydes. We first comprehensively assessed the potential of 66 SAAs across 264 surfaces (including (100), (110), (111), and (320) crystal planes), to gauge their potential in activating C═C and C═O bonds. Our assessment unveiled the excellent selectivity of the Ti1Au SAA in activating C═O bonds. Moreover, our detailed DFT calculations further demonstrated the high catalytic activity of Ti1Au(320) and Ti1Au(111) surfaces with a low activation energy barrier of only 0.60 eV. Subsequently, we conducted microkinetic simulations on the selective hydrogenation process of crotonaldehyde, by selecting Ti1Au (320) and (111) surfaces as the catalysts and demonstrated that they exhibited a remarkable selectivity and nearly 100% conversion toward crotyl alcohol in the temperature range from 373 to 553 K. The present study not only reveals novel SAAs for targeted hydrogenation of α,β-unsaturated aldehydes but also establishes a promising path toward efficient design of selective hydrogenation catalysts more broadly.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
不一发布了新的文献求助10
1秒前
咖啡逗发布了新的文献求助10
1秒前
小枝发布了新的文献求助10
1秒前
2秒前
Alex完成签到,获得积分10
2秒前
鹿无血完成签到,获得积分10
2秒前
Tong发布了新的文献求助10
2秒前
酷波er应助在木星采纳,获得10
3秒前
椰奶发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
科研大拿发布了新的文献求助10
3秒前
4秒前
可爱的函函应助wyao采纳,获得30
4秒前
专注月亮发布了新的文献求助10
4秒前
小易不易完成签到,获得积分10
6秒前
尹丁未完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
英姑应助螺蛳粉与辣条采纳,获得50
6秒前
JX发布了新的文献求助10
7秒前
xiaofanwang完成签到,获得积分10
7秒前
研友_VZG7GZ应助Qin采纳,获得10
8秒前
不安的小鸽子完成签到,获得积分10
8秒前
8秒前
s_yu发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
iilii发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
10秒前
梨子完成签到,获得积分10
10秒前
11秒前
11秒前
13秒前
13秒前
隐形曼青应助不一采纳,获得30
13秒前
14秒前
完美世界应助儒雅的蜜粉采纳,获得10
14秒前
吴怡萱发布了新的文献求助10
14秒前
15秒前
黑不是黑发布了新的文献求助10
15秒前
wq完成签到,获得积分10
15秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
晶种分解过程与铝酸钠溶液混合强度关系的探讨 8888
Les Mantodea de Guyane Insecta, Polyneoptera 2000
Leading Academic-Practice Partnerships in Nursing and Healthcare: A Paradigm for Change 800
Signals, Systems, and Signal Processing 610
The Sage Handbook of Digital Labour 600
汪玉姣:《金钱与血脉:泰国侨批商业帝国的百年激荡(1850年代-1990年代)》(2025) 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6415411
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8234466
关于积分的说明 17486554
捐赠科研通 5468392
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2889055
邀请新用户注册赠送积分活动 1865962
关于科研通互助平台的介绍 1703572