Solvent-Modulated Multiple Active Hydrogen Species in Furfural Hydrogenation

糠醛 催化作用 氢溢流 溶剂化 化学 产品分销 选择性 活动站点 有机化学 溶剂 溶剂效应 光化学
作者
Minghua Dong,Sen Luan,Yuxuan Wu,Bin Zhang,Ye Liu,Huizhen Liu,Buxing Han
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:14 (13): 9785-9796
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c01364
摘要

Unveiling the mechanism behind catalyst-dependent solvent effects for hydrogenation reactions is critically important yet presents significant challenges. In this work, focusing on furfural hydrogenation over Pd-based catalysts, we observe that distinct active hydrogen species present on Pd/MgO and Pd/TiO2 exhibit different responses to solvation environments, consequently influencing the selectivity in diverse solvents. Product distribution over Pd/MgO remains unaffected by the solvents used that tetrahydrofurfural (THFAL) emerged as the primary product in both organic solvents and water. Conversely, product distribution over Pd/TiO2 highly depends on the solvents; THFAL dominates in organic solvents, whereas furfural alcohol (FOL) becomes the primary product in water. The disparate selectivity upon alteration of supports and solvents is demonstrated by neural network-enhanced molecular dynamics simulations and microkinetic modeling. The active hydrogen species on the support are stabilized in water by water-mediated charge reconstructions, facilitating the hydrogenation of C═O to produce FOL. A spillover pathway where hydrogen species transfer to supports directly without involving hydrogen bond networks is dynamically preferred in both water and organic solvents.
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