Onderzoek naar de synergetische rol van platina-nanodeeltjes en natriumionen in bèta-zeolieten

Organische N-alkylaminen zijn belangrijke chemische producten en tussenproducten met brede toepassingen op het gebied van dagelijkse chemicaliën, pesticiden, farmaceutische producten, oppervlakteactieve stoffen en biowetenschappen. De C-N-bindingen die worden gevormd door het alkyleren van reagentia (halogeenkoolstoffen, metaalhalogeniden, enz.) om aminen te produceren, lijden gewoonlijk onder een lage atomaire efficiëntie, slechte productselectiviteit en chemische verontreinigingen.

Duurzame ontwikkeling motiveert de verkenning van efficiëntere en milieuvriendelijkere routes voor de vorming van amines, waaronder: N-alkylering van aminen en alcoholen door waterstofoverdracht is een groene manier om N-alkylaminen te synthetiseren, maar het ontwerp en de bereiding van zeer actieve en stabiele heterogene katalysatoren is nog steeds een uitdaging.

Vergeleken met de traditionele impregnatiemethode is het metaal ingekapseld in zeoliet gunstig omdat het een uniek beperkend effect verschaft en een synergetisch effect produceert met de zure plaats, wat een verbeterde katalytische activiteit en stabiliteit bevordert.

Voor de N-alkyleringsreactie tussen aminen en alcoholen is de elektronische toestand van de actieve plaats van edelmetalen een belangrijke factor die de vorming, stabiliteit en ontleding van de tussenliggende toestand van metaalhydriden beïnvloedt. De alkalimetaalkationen in zeoliet kunnen worden beschouwd als een elektronisch additief om de elektronische toestand van aangrenzende edelmetalen te moduleren, wat bevorderlijk is voor het reguleren van de activiteit van dehydrogenering en waterstofoverdracht bij de waterstofoverdrachtsaminering van alcoholen.

Onlangs rapporteerden het team van prof. Jun Wang en prof. Yu Zhou de synthese van een Pt@Beta-katalysator met instelbare Si/Al-verhouding en Na⁺ inhoud voor de N-alkylering van aminen en aromatische alcoholen door een éénstaps hydrothermische synthese van Pt-nanodeeltjes (NP’s) in de kristalstructuur van BEA-zeoliet via een zure cohydrolyseroute.

Onder oplosmiddelvrije omstandigheden presteerde Pt@Beta uitstekende katalytische eigenschappen, en conversiegetal (TON) en conversiefrequentie (TOF) tot 6176 en 3390 uur^-1respectievelijk, en heeft ook een stabiele herbruikbaarheid en een brede substraattolerantie.

Het reactiepad en het katalytische mechanisme werden onthuld door middel van kinetische analyse en in-situ karakteriseringsexperimenten. Na⁺ in BEA reguleerde zeoliet de elektronische toestand van Pt NP’s, resulterend in een Pt-H-tussentoestand met matige intensiteit tijdens het reactieproces, waardoor de twee belangrijkste stappen van dehydrogenering en waterstofoverdracht effectief in evenwicht werden gebracht, waardoor een efficiënt synergetisch katalytisch proces werd bereikt.

Het werk is gepubliceerd in het journaal Wetenschap China Chemie.