Metal‐Free Boron/Phosphorus Co‐Doped Nanoporous Carbon for Highly Efficient Benzyl Alcohol Oxidation

苯甲醇 催化作用 纳米孔 碳纤维 材料科学 选择性 无机化学 金属 化学 纳米技术 有机化学 复合数 冶金 复合材料
作者
Juan Meng,Zhihan Tong,Haixin Sun,Yongzhuang Liu,Suqing Zeng,Jianing Xu,Qinqin Xia,Qing‐Jiang Pan,Shuo Dou,Haipeng Yu
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:9 (17) 被引量:36
标识
DOI:10.1002/advs.202200518
摘要

An in-depth understanding of the electronic structures of catalytically active centers and their surrounding vicinity is key to clarifying the structure-activity relationship, and thus enabling the design and development of novel metal-free carbon-based materials with desired catalytic performance. In this study, boron atoms are introduced into phosphorus-doped nanoporous carbon via an efficient strategy, so that the resulting material delivers better catalytic performance. The doped B atoms alter the electronic structures of active sites and cause the adjacent C atoms to act as additional active sites that catalyze the reaction. The B/P co-doped nanoporous carbon shows remarkable catalytic performance for benzyl alcohol oxidation, achieving high yield (over 91% within 2 h) and selectivity (95%), as well as low activation energy (32.2 kJ mol-1 ). Moreover, both the conversion and selectivity remain above 90% after five reaction cycles. Density functional theory calculations indicate that the introduction of B to P-doped nanoporous carbon significantly increases the electron density at the Fermi level and that the oxidation of benzyl alcohol occurs via a different reaction pathway with a very low energy barrier. These findings provide important insights into the relationship between catalytic performance and electronic structure for the design of dual-doped metal-free carbon catalysts.
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