Experimental and Theoretical Understanding of Nitrogen-Doping-Induced Strong Metal-Support Interactions in Pd/TiO2 Catalysts for Nitrobenzene Hydrogenation

ACS Catalysis

Volumn 7, Issue 2, 2017, Pages 1197-1206

  Chen, Peirong ^a,b   Khetan, Abhishek ^a   Yang, Fengkai ^b   Migunov, Vadim ^c   Weide, Philipp ^b   Stürmer, Sascha P ^b   Guo, Penghu ^b   Kähler, Kevin ^b   Xia, Wei ^b   Mayer, Joachim ^a,c   Pitsch, Heinz ^a   Simon, Ulrich ^a   Muhler, Martin ^b  

^a RWTH AACHEN UNIVERSITY   (Germany)

^b RUHR UNIVERSITY BOCHUM   (Germany)

^c FORSCHUNGSZENTRUM JÜLICH   (Germany)

Author keywords

DFT calculations; hydrogenation; nitrogen doping; palladium nanoparticles; strong metal support interactions; TiO2

Indexed keywords

CATALYSIS; CATALYST ACTIVITY; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; DOPING (ADDITIVES); FOURIER TRANSFORM INFRARED SPECTROSCOPY; HIGH RESOLUTION TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY; HYDROGENATION; METAL NANOPARTICLES; NITROBENZENE; NITROGEN; PHOTODISSOCIATION; SCANNING ELECTRON MICROSCOPY; TITANIUM DIOXIDE; TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY; X RAY DIFFRACTION; X RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY;

DFT CALCULATION; NITROGEN-DOPING; PALLADIUM NANOPARTICLES; STRONG METAL SUPPORT INTERACTION; TIO2;

PALLADIUM;

EID: 85012927667     PISSN: None     EISSN: 21555435     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acscatal.6b02963     Document Type: Article

References (57)

1. Tauster, S. J.; Fung, S. C.; Garten, R. L. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 170-175 10.1021/ja00469a029
2. Tauster, S. J.; Fung, S. C.; Baker, R. T. K.; Horsley, J. A. Science 1981, 211, 1121-1125 10.1126/science.211.4487.1121
3. Dulub, O.; Hebenstreit, W.; Diebold, U. Phys. Rev. Lett. 2000, 84, 3646 10.1103/PhysRevLett.84.3646
4. Bradford, M. C. J.; Vannice, M. A. J. Catal. 1998, 173, 157-171 10.1006/jcat.1997.1910
5. Bánsági, T.; Zakar, T. S.; Solymosi, F. Appl. Catal., B 2006, 66, 147-150 10.1016/j.apcatb.2006.03.005
6. Serna, P.; Corma, A. ACS Catal. 2015, 5, 7114-7121 10.1021/acscatal.5b01846
7. Fu, Q.; Wagner, T. Surf. Sci. Rep. 2007, 62, 431-498 10.1016/j.surfrep.2007.07.001
8. Bruix, A.; Rodriguez, J. A.; Ramirez, P. J.; Senanayake, S. D.; Evans, J.; Park, J. B.; Stacchiola, D.; Liu, P.; Hrbek, J.; Illas, F. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 8968-8974 10.1021/ja302070k
9. Wang, F.; Ueda, W.; Xu, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 3883-3887 10.1002/anie.201105922
10. Vayssilov, G. N.; Lykhach, Y.; Migani, A.; Staudt, T.; Petrova, G. P.; Tsud, N.; Skala, T.; Bruix, A.; Illas, F.; Prince, K. C.; Matolin, V.; Neyman, K. M.; Libuda, J. Nat. Mater. 2011, 10, 310-315 10.1038/nmat2976
11. Bowker, M.; Stone, P.; Morrall, P.; Smith, R.; Bennett, R.; Perkins, N.; Kvon, R.; Pang, C.; Fourre, E.; Hall, M. J. Catal. 2005, 234, 172-181 10.1016/j.jcat.2005.05.024
12. He, Y.; Fan, J.; Feng, J.; Luo, C.; Yang, P.; Li, D. J. Catal. 2015, 331, 118-127 10.1016/j.jcat.2015.08.012
13. Baker, L. R.; Kennedy, G.; Van Spronsen, M.; Hervier, A.; Cai, X.; Chen, S.; Wang, L. W.; Somorjai, G. A. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 14208-14216 10.1021/ja306079h
14. Schauermann, S.; Nilius, N.; Shaikhutdinov, S.; Freund, H. J. Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1673-1681 10.1021/ar300225s
15. Combita, D.; Concepción, P.; Corma, A. J. Catal. 2014, 311, 339-349 10.1016/j.jcat.2013.12.014
16. Yan, W.; Mahurin, S. M.; Pan, Z.; Overbury, S. H.; Dai, S. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 10480-10481 10.1021/ja053191k
17. Zhang, S.; Chang, C. R.; Huang, Z. Q.; Li, J.; Wu, Z.; Ma, Y.; Zhang, Z.; Wang, Y.; Qu, Y. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 2629-2637 10.1021/jacs.5b11413
18. Shi, F.; Baker, L. R.; Hervier, A.; Somorjai, G. A.; Komvopoulos, K. Nano Lett. 2013, 13, 4469-4474 10.1021/nl402392u
19. Furukawa, S.; Yoshida, Y.; Komatsu, T. ACS Catal. 2014, 4, 1441-1450 10.1021/cs500082g
20. Liu, P.; Zhao, Y.; Qin, R.; Mo, S.; Chen, G.; Gu, L.; Chevrier, D. M.; Zhang, P.; Guo, Q.; Zang, D.; Wu, B.; Fu, G.; Zheng, N. Science 2016, 352, 797-801 10.1126/science.aaf5251
21. Chen, P.; Chew, L. M.; Kostka, A.; Muhler, M.; Xia, W. Catal. Sci. Technol. 2013, 3, 1964-1971 10.1039/c3cy00097d
22. Chen, P.; Chew, L. M.; Xia, W. J. Catal. 2013, 307, 84-93 10.1016/j.jcat.2013.06.030
23. Chen, P.; Yang, F.; Kostka, A.; Xia, W. ACS Catal. 2014, 4, 1478-1486 10.1021/cs500173t
24. Dong, W.; Chen, P.; Xia, W.; Weide, P.; Ruland, H.; Kostka, A.; Köhler, K.; Muhler, M. ChemCatChem 2016, 8, 1269-1273 10.1002/cctc.201501379
25. Graciani, J.; Nambu, A.; Evans, J.; Rodriguez, J. A.; Fdez. Sanz, J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 12056-12063 10.1021/ja802861u
26. Asahi, R.; Morikawa, T.; Ohwaki, T.; Aoki, K.; Taga, Y. Science 2001, 293, 269-271 10.1126/science.1061051
27. Sakthivel, S.; Janczarek, M.; Kisch, H. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 19384-19387 10.1021/jp046857q
28. Burton, P. D.; Boyle, T. J.; Datye, A. K. J. Catal. 2011, 280, 145-149 10.1016/j.jcat.2011.03.022
29. Bergeret, G.; Gallezot, P. In Handbook of Heterogeneous Catalysis, 2 nd ed; Ertl, G.; Knözinger, H.; Schüth, F.; Weitkamp, J., Eds.; Wiley-VCH: Weinheim, 2008; pp 738-765.
30. Chen, P.; Wang, L.; Wang, P.; Kostka, A.; Wark, M.; Muhler, M.; Beranek, R. Catalysts 2015, 5, 270-285 10.3390/catal5010270
31. Kresse, G.; Försth, M. VASP Manual, 2003. Available at the following: https://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp.pdf.
32. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865 10.1103/PhysRevLett.77.3865
33. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1997, 78, 1396 10.1103/PhysRevLett.78.1396
34. Cococcioni, M.; de Gironcoli, S. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2005, 71, 035105 10.1103/PhysRevB.71.035105
35. Kulik, H. J.; Cococcioni, M.; Scherlis, D. A.; Marzari, N. Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 103001 10.1103/PhysRevLett.97.103001
36. Tang, W.; Sanville, E.; Henkelman, G. J. Phys.: Condens. Matter 2009, 21, 084204 10.1088/0953-8984/21/8/084204
37. Hoang, S.; Berglund, S. P.; Hahn, N. T.; Bard, A. J.; Mullins, C. B. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 3659-3662 10.1021/ja211369s
38. Chen, X.; Liu, L.; Yu, P. Y.; Mao, S. S. Science 2011, 331, 746-750 10.1126/science.1200448
39. Kundu, S.; Xia, W.; Busser, W.; Becker, M.; Schmidt, D. A.; Havenith, M.; Muhler, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 4351-4359 10.1039/b923651a
40. Zhao, A.; Masa, J.; Xia, W. J. Energy Chem. 2014, 23, 701-707 10.1016/S2095-4956(14)60202-3
41. Wojcieszak, R.; Genet, M.; Eloy, P.; Ruiz, P.; Gaigneaux, E. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 16677-16684 10.1021/jp106956w
42. Bailón-García, E.; Carrasco-Marín, F.; Pérez-Cadenas, A. F.; Maldonado-Hódar, F. J. J. Catal. 2015, 327, 86-95 10.1016/j.jcat.2015.04.019
43. Sánchez, M. D.; Chen, P.; Reinecke, T.; Muhler, M.; Xia, W. ChemCatChem 2012, 4, 1997-2004 10.1002/cctc.201200286
44. Arrigo, R.; Schuster, M. E.; Xie, Z.; Yi, Y.; Wowsnick, G.; Sun, L. L.; Hermann, K. E.; Friedrich, M.; Kast, P.; Hävecker, M.; Knop-Gericke, A.; Schlögl, R. ACS Catal. 2015, 5, 2740-2753 10.1021/acscatal.5b00094
45. Arrigo, R.; Schuster, M. E.; Abate, S.; Wrabetz, S.; Amakawa, K.; Teschner, D.; Freni, M.; Centi, G.; Perathoner, S.; Havecker, M.; Schlögl, R. ChemSusChem 2014, 7, 179-194 10.1002/cssc.201300616
46. Cárdenas-Lizana, F.; Hao, Y.; Crespo-Quesada, M.; Yuranov, I.; Wang, X.; Keane, M. A.; Kiwi-Minsker, L. ACS Catal. 2013, 3, 1386-1396 10.1021/cs4001943
47. Asahi, R.; Morikawa, T.; Irie, H.; Ohwaki, T. Chem. Rev. 2014, 114, 9824-9852 10.1021/cr5000738
48. Zhang, J.; Zhang, M.; Han, Y.; Li, W.; Meng, X.; Zong, B. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 19506-19515 10.1021/jp8036523
49. Yeong, K. K.; Gavriilidis, A.; Zapf, R.; Hessel, V. Catal. Today 2003, 81, 641-651 10.1016/S0920-5861(03)00162-7
50. Childers, D.; Saha, A.; Schweitzer, N.; Rioux, R. M.; Miller, J. T.; Meyer, R. J. ACS Catal. 2013, 3, 2487-2496 10.1021/cs400527p
51. Marx, S.; Krumeich, F.; Baiker, A. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 8195-8205 10.1021/jp200431s
52. Baidya, T.; Bera, P.; Mukri, B. D.; Parida, S. K.; Kröcher, O.; Elsener, M.; Hegde, M. S. J. Catal. 2013, 303, 117-129 10.1016/j.jcat.2013.03.020
53. Boronat, M.; Concepcion, P.; Corma, A.; Gonzalez, S.; Illas, F.; Serna, P. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 16230-16237 10.1021/ja076721g
54. Bligaard, T.; Nørskov, J. K.; Dahl, S.; Matthiesen, J.; Christensen, C. H.; Sehested, J. J. Catal. 2004, 224, 206-217 10.1016/j.jcat.2004.02.034
55. Norskov, J. K.; Bligaard, T.; Rossmeisl, J.; Christensen, C. H. Nat. Chem. 2009, 1, 37-46 10.1038/nchem.121
56. Hartfelder, U.; Kartusch, C.; Sá, J.; van Bokhoven, J. A. Catal. Commun. 2012, 27, 83-87 10.1016/j.catcom.2012.07.004
57. Bakker, J. J. W.; Neut, A. G. v. d.; Kreutzer, M. T.; Moulijn, J. A.; Kapteijn, F. J. Catal. 2010, 274, 176-191 10.1016/j.jcat.2010.06.013