Highly dispersed Pd nanoparticles deposited on Sibunite by laser electrodispertion in Suzuki-Miyaura catalytic reaction

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The paper presents the results of the study of the Suzuki-Miyaura reaction catalysis with aryl bromides using palladium catalyst precursors with a low metal content (10-2–10-1 wt %), deposited by laser electrodispersion of palladium on the surface of a carbon support (Sibunite). The analysis of the patterns of activity and stability of the synthesized catalysts, as well as their differential selectivity, along with an analysis of the changes in the state of the catalysts before the catalytic reaction and after its completion, allowed us to conclude that catalysis occurs with the participation of palladium nanoparticles and single atoms located on the surface of the carbon support.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. F. Schmidt

Irkutsk State University

Author for correspondence.
Email: aschmidt@chem.isu.ru

Chemical Department

Russian Federation, K. Marx Str.,1, Irkutsk, 664003

A. A. Kurokhtina

Irkutsk State University

Email: aschmidt@chem.isu.ru

Chemical Department

Russian Federation, K. Marx Str.,1, Irkutsk, 664003

E. V. Larina

Irkutsk State University

Email: aschmidt@chem.isu.ru

Chemical Department

Russian Federation, K. Marx Str.,1, Irkutsk, 664003

N. A. Lagoda

Irkutsk State University

Email: aschmidt@chem.isu.ru

Chemical Department

Russian Federation, K. Marx Str.,1, Irkutsk, 664003

T. A. Grigorieva

Irkutsk State University

Email: aschmidt@chem.isu.ru

Chemical Department

Russian Federation, K. Marx Str.,1, Irkutsk, 664003

I. N. Krotova

Lomonosov Moscow State University

Email: aschmidt@chem.isu.ru

Chemical Department

Russian Federation, Leninskie Gory 1 build 3., GSP-1, Moscow, 119991

K. I. Maslakov

Lomonosov Moscow State University

Email: aschmidt@chem.isu.ru

Chemical Department

Russian Federation, Leninskie Gory 1 build 3., GSP-1, Moscow, 119991

S. A. Nikolaev

Lomonosov Moscow State University

Email: aschmidt@chem.isu.ru

Chemical Department

Russian Federation, Leninskie Gory 1 build 3., GSP-1, Moscow, 119991

S. A. Gurevich

Ioffe Institute of the Russian Academy of Sciences

Email: aschmidt@chem.isu.ru
Russian Federation, Polytekhnicheskaya st., 26, St. Petersburg, 194021

D. A. Yavsin

Ioffe Institute of the Russian Academy of Sciences

Email: aschmidt@chem.isu.ru
Russian Federation, Polytekhnicheskaya st., 26, St. Petersburg, 194021

T. N. Rostovshchikova

Lomonosov Moscow State University

Email: aschmidt@chem.isu.ru

Chemical Department

Russian Federation, Leninskie Gory 1 build 3., GSP-1, Moscow, 119991

References

  1. Valentini F., Di Erasmo B., Ciani M., Chen S., Gu Y., Vaccaro L. // Green Chem. 2024. V. 26. P. 4871.
  2. Buskes M.J., Blanco M.-J. // Molecules. 2020. V. 25. Article № 3493.
  3. Devendar P., Qu R.-Y., Kang W.-M., He B., Yang G.-F. // J. Agric. Food Chem. 2018. V. 66. P. 8914.
  4. Biffis A., Centomo P., del Zotto A., Zecca M. // Chem. Rev. 2018. V. 118. P. 2249.
  5. Шмидт А.Ф., Курохтина А.А. // Кинетика и катализ. 2012. Т. 53. № 6. С. 760. (Schmidt A.F., Kurokhtina A.A. // Kinet. Catal. 2012. V. 53. P. 714.)
  6. Bourouina A., Meille V., de Bellefon C. // Catalysts. 2019. V. 9. P. 60.
  7. Ananikov V.P., Beletskaya I.P. // Organometallics. 2012. V. 31. P. 1595.
  8. Prima D.O., Kulikovskaya N.S., Galushko A.S., Mironenko R.M., Ananikov V.P. // Curr. Opin. Green Sustain. Chem. 2021. V. 31. P. 100502.
  9. Eremin D.B., Galushko A.S., Boiko D.A., Pentsak E.O., Chistyakov I. V., Ananikov V. P. // J. Am. Chem. Soc. 2022. V. 144. № 13. P. 6071.
  10. Ростовщикова Т.Н., Локтева Е.С., Шилина М.И., Голубина Е.В., Маслаков К.И., Кротова И.Н., Брыжин А.А., Тарханова И.Г., Удалова О.В., Кожевин В.М., Явсин Д.А., Гуревич С.А. // Жур. Физ. Хим. 2021. Т. 95. № 3. С. 348. (Rostovshchikova T.N., Lokteva E.S., Shilina M.I., Golubina E.V., Maslakov K.I., Krotova I.N., Bryzhin A.A., Tarkhanova I.G., Udalova O.V., Kozhevin V.M., Yavsin D.A., Gurevich S.A. // Russ. J. Phys. Chem. 2021. V. 95. № 3. P. 451.)
  11. Ростовщикова Т.Н., Шилина М.И., Гуревич С.А., Явсин Д.А., Веселов Г.Б., Ведягин А.А. // Докл. РАН. Химия, науки о материалах. 2022. Т. 506. № 1. С. 48. (Rostovshchikova T.N., Shilina M.I., Gurevich S.A., Yavsin D.A., Veselov G.B., Vedyagin A.A. // Doklady Physical Chemistry. 2022. V. 506. № 1. P. 123.)
  12. Lokteva E.S., Peristyy A.A., Kavalerskaya N.E., Golubina E.V., Yashina L.V., Rostovshchikova T.N., Gurevich S.A., Kozhevin V.M., Yavsin D.A., Lunin V.V. // Pure Appl. Chem. 2012. V. 84. № 3. P. 495.
  13. Thomas J.M. // Proc. R. Soc. A. 2012. V. 468. P. 1884.
  14. Ростовщикова Т.Н., Николаев С.А., Кротова И.Н., Маслаков К.И., Удалова О.В., Гуревич С.А., Явсин Д.А., Шилина М.И. // Изв. АН Сер Хим. 2022. № 6. С. 1179. (Rostovshchikova T.N., Nikolaev S.A., Krotova I.N., Maslakov K.I., Udalova O.V., Gurevich S.A., Yavsin D.A., Shilina M.I. // Russ. Chem. Bull. 2022. V. 71. № 6. P. 1179.)
  15. Bryzhin A.A., Golubina E.V., Maslakov K.I., Lokteva E.S., Tarkhanova I.G., Gurevich S.A., Yavsin D.A., Rostovshchikova T.N. // ChemCatChem. 2020. V. 12. № 17. P. 4396.
  16. Rostovshchikova T.N., Shilina M.I., Gurevich S.A., Yavsin D.A., Veselov G.B., Stoyanovskii V.O., Vedyagin A.A. // Materials. 2023. V. 16. Art. 16093501.
  17. Локтева Е.С., Ростовщикова Т.Н., Качевский С.А., Голубина Е.В., Смирнов В.В., Стахеев А.Ю., Телегина Н.С., Гуревич С.А., Кожевин В.М., Явсин Д.А. // Кинетика и катализ. 2008. Т. 49. № 5. С. 784. (Lokteva E.S., Rostovshchikova T.N., Kachevskii S.A., Golubina E.V., Smirnov V.V., Stakheev A.Yu, Telegina N.S., Gurevich S.A., Kozhevin V.M., Yavsin D.A. // Kinet. Catal. 2008. V. 49. № 5. P. 748.)
  18. Golubina E.V., Rostovshchikova T.N., Lokteva E.S., Maslakov K.I., Nikolaev S.A., Egorova T.B., Gurevich S.A., Kozhevin V.M., Yavsin D.A., Yermakov A.Ye. // Pure Appl. Chem. 2018. V. 90. № 11. P. 1685.
  19. Golubina E.V., Rostovshchikova T.N., Lokteva E.S., Maslakov K.I., Nikolaev S.A., Shilina M.I., Gurevich S.A., Kozhevin V.M., Yavsin D.A., Slavinskay E.M. // Appl. Surf. Sci. 2021. V. 536. Art. 147656.
  20. Lou Y., Xu J., Zhang Y., Pan C., Dong Y., Zhu Y. // Mater. Today Nano. 2020. V. 12. Art. 100093.
  21. Schmidt A.F., Kurokhtina A.A., Larina E.V., Lagoda N.A., Gurevich S.A., Yavsin D.A., Krotova I.N., Zelikman V.M., Rostovshchikova T.N., Tarkhanova I.G. // Mendeleev Commun. 2023. V. 33. P. 177.
  22. Шмидт А.Ф., Курохтина А.А., Ларина Е.В., Лагода Н.А., Явсин Д.А., Гуревич С.А., Зеликман В.М., Кротова И.Н., Ростовщикова Т.Н., Тарханова И.Г. // Кинетика и Катализ. Т. 64. № 1. С. 39. (Schmidt A.F., Kurokhtina A.A., Larina E.V., Lagoda N.A., Yavsin D.A., Gurevich S.A., Zelikman V.M., Krotova I.N., Rostovshchikova T.N., Tarkhanova I.G. // Kinet. Catal. 2023. V. 64. № 1. P. 32.)
  23. Galushko A.S., Ilyushenkova V.V., Burykina J.V., Shaydullin R.R., Pentsak E.O., Ananikov V.P. // Inorganics. 2023. V. 11. № 6. P. 260.
  24. Felpin F.X., Ayad T., Mitra S. // Eur. J. Org. Chem. 2006. № 12. P. 2679.
  25. Плаксин Г.В., Бакланова О.Н., Лавренов А.В., Лихолобов В.А. // Химия твердого топлива. 2014. Т. 48. № 6. С. 26. (Plaksin G.V., Baklanova O.N., Lavrenov A.V., Likholobov V.A. // Solid Fuel Chem. 2014. V. 48. № 6. P. 349.)
  26. Beletskaya I.P., Cheprakov A.V. // Chem. Rev. 2000. V. 100. P. 3009.
  27. Шмидт А.Ф., Курохтина А.А., Ларина Е.В. // Кинетика и катализ. 2019. Т. 60. № 5. С. 555. (Schmidt A.F., Kurokhtina A.A., Larina E.V. // Kinet. Catal. 2019. V. 60. P. 551.)
  28. Excel for Scientists and Engineers: Numerical Methods. E.J. Billo. John Wiley & Sons, 2007. 480 р.
  29. Stonkus O.A., Kibis L.S., Podyacheva O.Y., Slavinskaya E.M., Zaikovskii V.I., Hassan A.H., Hampel S., Leonhardt A., Ismagilov Z.R., Noskov A.S., Boronin A.I. // ChemCatChem. 2014. V. 6. P. 2115.
  30. Teschner D., Révay Z., Borsodi J., Hävecker M., KnopGericke A., Schlögl R., Milroy D., Jackson S.D., Torres D., Sautet P. // Angew. Chem. Int. Ed. 2008. V. 47. P. 9274.
  31. Slavinskaya E.M., Kardash T.Yu., Stonkus O.A., Gulyaev R.V., Lapin I.N., Svetlichnyi V.A., Boronin A.I. // Catal. Sci. Technol. 2016. V. 6. P. 6650.
  32. Pillo T., Zimmermann R., Steiner P., Hüfner S. // J. Phys. Condens. Matter. 1997. V. 9. P. 3987.
  33. Köhler K., Kleist W., Pröckl S.S. // Inorg. Chem. 2007. V. 46. P. 1876.
  34. Pryjomska-Ray I., Gniewek A., Trzeciak A.M., Ziółkowski J.J., Tylus W. // Top. Catal. 2006. V. 40. P. 173.
  35. Reimann S., Stötzel J., Frahm R., Kleist W., Grunwaldt J.D., Baiker A. // J. Am. Chem. Soc. 2011. V. 133. № 11. P. 3921.
  36. Galushko A.S., Boiko D.A., Pentsak E.O., Eremin D.B., Ananikov V.P. // J. Am. Chem. Soc. 2023. V. 145. № 16. P. 9092.
  37. Galushko A.S., Ananikov V.P. // ACS Catal. 2024. V. 14. № 1. P. 161.
  38. Schmidt A.F., Kurokhtina A.A., Larina E.V. // Catal. Sci. Technol. 2014. V. 4. P. 3439.
  39. Schmidt A.F., Al Halaiqa A., Smirnov V.V. // Synlett. 2006. № 18. P. 2861.
  40. Appleby K.M., Dzotsi E., Scott N.W.J., Dexin G., Jeddi N., Whitwood A.C., Pridmore N.E., Hart S., Duckett S.B., Fairlamb I.J.S. // Organometallics. 2021. V. 40. № 21. P. 3560.
  41. Kurokhtina A.A., Larina E.V., Schmidt A.F., Malaika A., Krzyżyńska B., Rechnia P., Kozłowski M. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2013. V. 379. P. 327.
  42. Шмидт А.Ф., Курохтина А.А., Ларина Е.В. // Кинетика и катализ. 2012. Т. 53. № 1. С. 86. (Schmidt A.F., Kurokhtina A.A., Larina E.V. // Kinet. Catal. 2012. V. 53. № 1. P. 84.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. TEM micrographs of different resolutions (a–g) of the 0.08Pd/C-0.5 sample.

Download (8MB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. TEM micrographs of the 0.08Pd/C-0.5 sample (a, b); EDA spectrum (c) of the region highlighted in the image (a); Pd distribution map (d) in the image (b); histograms of Pd particle size distributions (d) and distances between the nearest particles (e).

Download (6MB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. TEM micrographs of samples 0.04Pd/C-1 (a, b); 0.007Pd/C-2 (c, d); 0.04Pd/C-2 (d, e).

Download (18MB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. TEM micrographs of the 4Pd/C comparison sample obtained by the impregnation method (a–d) and a histogram of the particle size distribution in it (e).

Download (13MB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. TEM micrograph (a), EDA spectra (b–d) of marked locations 1, 2 and 3, image and TEM-EDA map of Pd distribution (d–f) for the 4Pd/C sample obtained by the impregnation method.

Download (1MB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. XPS spectra of Pd3d samples 0.007Pd/C-2, 0.08Pd/C-0.5 and 4Pd/C.

Download (1MB)
Indexing metadata
8. Scheme 1. Suzuki-Miyaura reaction under conditions of competition between a pair of aryl bromides.

Download (752KB)
Indexing metadata
9. Fig. 7. TOF (a) and TON (b) values calculated for the Suzuki-Miyaura reaction (Scheme 1) in the presence of a number of Pd/C samples obtained by the LED method, as well as a reference sample prepared by the impregnation method (in the figure in the red frame).

Download (1MB)
Indexing metadata
10. Scheme 2. Mutual transformations of different forms of palladium in catalytic systems of the Suzuki–Miyaura reaction.

Download (1MB)
Indexing metadata
11. Fig. 8. Phase trajectories of the Suzuki-Miyaura reaction with phenylboronic acid (Scheme 1), plotted in the coordinates of the concentrations of biaryls formed from competing 4-bromoacetophenone and bromobenzene, in the presence of Pd/C samples obtained by the LED method, as well as a comparison sample prepared by the impregnation method (in the figure in the red frame).

Download (819KB)
Indexing metadata
12. Fig. 9. TEM micrographs of different resolutions (a–g) of the 0.08Pd/C-0.5 sample isolated from the reaction mixture after completion of the catalytic reaction.

Download (11MB)
Indexing metadata
13. Fig. 10. TEM micrographs (a, b) of the 0.08Pd/C-0.5 sample isolated from the reaction mixture after the completion of the catalytic reaction; EDA spectrum (c) from the region highlighted in the image (a); Pd distribution map (d) in the image (b).

Download (1MB)
Indexing metadata


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».