Metal–Acid Interface Engineering in Pd–WOx Bifunctional Catalysts for the Hydroalkylation Tandem Reaction of Benzene

双功能 催化作用 材料科学 拉曼光谱 金属 X射线光电子能谱 布朗斯特德-洛瑞酸碱理论 无机化学 化学工程 有机化学 化学 冶金 物理 光学 工程类
作者
Yuanjing Zhang,Quandong Hou,Si Wang,Enze Xu,Shiquan Zhao,Feng Li,Yusen Yang,Min Wei
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (28): 33612-33620 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsami.3c05799
摘要

The hydroalkylation tandem reaction of benzene to cyclohexylbenzene (CHB) provides an atom economy route for conversion and utilization of benzene; yet, it presents significant challenges in activity and selectivity control. In this work, we report a metal-support synergistic catalyst prepared via calcination of W-precursor-containing montmorillonite (MMT) followed by Pd loading (denoted as Pd-mWOx/MMT, m = 5, 15, and 25 wt %), which shows excellent catalytic performance for hydroalkylation of benzene. A combination study (X-ray diffraction (XRD), hydrogen-temperature programmed reduction (H2-TPR), transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), UV-vis, Raman, and density functional theory (DFT) calculations) confirms the formation of interfacial sites Pd-(WOx)-H, whose concentration is dependent on the interaction between Pd and WOx. The optimized catalyst (Pd-15WOx/MMT) exhibits a CHB yield of up to 45.1% under a relatively low hydrogen pressure, which stands at the highest level among state-of-the-art catalysts. Investigations on the structure-property correlation based on in situ FT-IR and control experiments further verify that the Pd-(WOx)-H structure serves as the dual-active site: the interfacial Pd site accelerates benzene hydrogenation to cyclohexene (CHE), while the interfacial Bronsted (B) acid site in Pd-(WOx)-H boosts the alkylation of benzene and CHE to CHB. This study offers a new strategy for the design and preparation of metal-acid bifunctional catalysts, which shows potential application in the hydroalkylation reaction of benzene.
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