在多相催化领域，金属和酸性位点的协同作用对于提高催化反应的选择性和效率至关重要。北京大学化学与分子工程学院的研究人员在《美国化学会志》（JACS）上发表的最新研究，通过精细调控金属钯（Pd）和酸性位点在纳米金刚石（ND）载体上的分布，成功实现了对环己醇催化转化反应选择性的精确控制。这一突破不仅为理解金属-酸双功能催化剂的工作原理提供了新见解，也为设计新型高效催化剂开辟了新途径。
研究背景：
金属和酸性位点在异相催化剂中扮演着核心角色，它们的特性如尺寸、形态、均匀性以及酸性位点的强度和密度等都会显著影响催化性能。近年来，研究者们开始关注如何将金属和酸性位点结合起来，发挥它们的协同作用，以实现更高效的催化过程。在这一背景下，北京大学的研究团队选择了环己醇作为模型分子，研究金属和酸性位点对其反应产物的影响，旨在通过调整金属和酸性位点的比例来调控催化反应的选择性。
研究进展：
研究中，作者使用NDG（纳米金刚石/石墨烯核壳结构）作为催化剂载体，通过在空气中煅烧获得部分氧化的NDO，使其具有酸性位点。不同煅烧温度会引入不同比例的酸性位点，TPD-MS结果表明NDO表面具有酸性位点，而不同温度下CO/CO2的生成表明催化剂上有含氧基团。对于金属位点，可以将Pd沉积于NDG，并也可将Pd分散后的NDG进行煅烧获得Pd/NDO，获得兼具金属和酸性位点的催化剂。通过HADDF-STEM可以看到大量分散且孤立的Pd位点，XANES结果显示Pd/NDG和Pd/NDO都和Pd膜很接近，说明Pd绝大多数以Pd0形式存在。
使用环己醇作为探针分子研究酸性和金属位点的协同作用，结果表明对于单纯含有酸性位点的NDO催化剂，主要发生了脱水反应。对于Pd/NDG只含有金属位点催化剂，环己醇脱氢成苯酚的反应占主导地位。而对于Pd/NDO催化剂，发生了环己醇脱水和脱氢生成苯的连续反应。实际的催化产物分布也和光谱数据相一致，结果表明，金属位点和酸性位点相互影响，彼此协同，可以通过调节酸性位点密度和金属载量改变催化反应的选择性。
催化性能：
机理研究：
核心要点：
要点1.
本文研究证明了酸性位点和金属（Pd）位点可以通过简单的空气氧化和金属盐沉积-沉淀的方法引入到纳米金刚石@石墨（NDG）载体颗粒上。这些催化活性位点的存在和组装显著改变了环己醇转化反应的反应网络。
要点2.
本文策略可以通过调控酸位点和金属位点两个位点在纳米金刚石颗粒上的存在和排列，精确调控目标产物环己烯、苯酚和苯的选择性。研究发现具有酸性位点和Pd位点的催化剂即Pd/NDG，可以通过连续的脱水和脱氢反应高效地将环己醇转化为苯，且选择性超过80%。
要点3.
本文研究发现并强调了将金属和酸性位点整合起来设计具有特定反应性和选择性的先进催化剂的潜力，为工业应用中更高效和多功能催化过程铺平了道路。
结论：
综上所述，北京大学的研究团队构建了兼具酸性和金属位点的Pd/NDO催化剂，并通过简单的方法调节催化剂上酸性位点密度和金属载量，从而显著影响环己醇的催化选择性。这一发现不仅为理解金属-酸双功能催化剂的工作原理提供了新见解，也为设计新型高效催化剂开辟了新途径。
文献信息
文献标题：Interplay Between Metal and Acid Sites Tunes the Catalytic Selectivity Over Pd/Nanodiamond Catalysts
作者：Jie Zhang, Shixiang Yu, Xingwu Liu, Maolin Wang, Zirui Gao, Xuetao Qin, Yao Xu, Meng Wang, Ding Ma
发表期刊：Journal of the American Chemical Society
DOI：10.1021/jacs.4c15099
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.4c15099
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