Een onderzoeksgroep onder leiding van Prof. LIU Jian van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) presenteerde een nieuwe methode voor de bereiding van monometaal/metaaloxide opgesloten in met stikstof gedoteerde holle koolstofcapsules. Ze pasten dit katalytische systeem van niet-edele metalen toe bij de hydrogenering van nitrobenzeen tot aniline. De studie is gepubliceerd in Geavanceerde wetenschap .

De katalytische hydrogenering van nitroarenen tot hun gesubstitueerde anilines zijn belangrijk voor de chemische industrie, zoals de productie van kleurstoffen, geneesmiddelen, pigmenten, en landbouwchemicaliën. Echter, katalysatoren die momenteel in de industrie worden gebruikt, hebben een lage reactiviteit en een slechte selectiviteit voor hydrogenering.

Hoewel bewezen is dat edelmetaalkatalysatoren zeer efficiënt zijn voor katalytische hydrogeneringsreacties, ze zijn duur en zeldzaam. Daarom, het is noodzakelijk om overgangsmetalen te ontwikkelen die goedkoop zijn, overvloedig en kan de katalytische activiteit verbeteren.

De wetenschappers verkregen met dooier gestructureerd Co-CoO _x @NC door polymeren te coaten op het oppervlak van een reeks Zn/Co bimetaal zeoliet imidazool raamwerk (Zn/Co ZIF), gevolgd door hydrothermische behandeling en beperkte pyrolyse.

Vergeleken met monometaal Co ZIF, de introductie van inactieve Zn-nanodeeltjes zou het sinteren van de Co-soorten kunnen onderdrukken en hun verspreiding in de koolstofstructuren kunnen verbeteren. Bovendien, de sterke interactie tussen de kobalt-nanodeeltjes en de omringende koolstofschil werd sterk verbeterd door de aanwezigheid van Zn in de Co-structuur, wat positieve synergetische effecten opleverde en diende om de Co-deeltjes beter te verspreiden.

Het specifieke oppervlak en de Co-deeltjesgrootte werden geoptimaliseerd door het oorspronkelijke Zn-gehalte in ZIF-deeltjes fijn af te stemmen, waardoor de algehele katalytische activiteit wordt verbeterd. De dooierschaal gestructureerde Zn ₄ Co ₁ Ox@carbon holle capsules bleken een zeer actieve en selectieve katalysator te zijn (selectiviteit> 99 procent) voor de hydrogenering van nitrobenzeen tot aniline. Verder, Zn ₄ Co ₁ Ox@carbon holle deeltjes vertoonden superieure katalytische stabiliteit, en geen deactivering na acht reactiecycli.

De holle Co-CoO _x @N-C-capsules kunnen een pad bieden voor een groen en duurzaam katalytisch proces voor de productie van fijne chemicaliën.