1-ペンタインの水素化のためのサイズ選択PDナノクラスター触媒のab initio研究

アルキンの水素化は、細かい化学物質とバルク化学物質の両方の合成において重要な反応です。パラジウムベースの触媒は広く使用されているため、サイズに選択されたPDナノクラスターはパフォーマンスの向上を提供する可能性があります。反応に関与する分子の吸着と脱着の調査は、触媒の活性と選択性に光を当てることができます。AB Initio計算を使用して、1-ペンタインの水素化に関連するすべての分子の結合エネルギー（1-ペンタイン、1-ペンテン、CIS-2-ペンテン、トランス-2-ペンテン、ペンタン）の包括的なセットの結合エネルギーを調査します。2つのPD147およびPD561キューボクトアヘドラルナノクラスターの可能な結合部位。これらの結合エネルギーの部位とサイズ依存性を抽出します。1-ペンタインの吸着は、ナノクラスターの（100）ファセットで好ましくなり、その後に（111）ファセット、エッジ、頂点が続くことがわかります。この分子は、より大きなナノクラスターでより強く結合するため、より高い活性を示すと予想されます。ペンテンの結合エネルギーは、より小さなナノクラスターでは低いことがわかります。したがって、これらの分子はより簡単に脱着すると予想され、小さなクラスターはより良い選択性、つまり大きなクラスターと比較して1-ペンテンの部分的な水素化を示すはずです。私たちの結果は、PDナノ触媒の最適な設計に関するガイドラインを提供します。

The hydrogenation of alkynes is an important reaction in the synthesis of both fine and bulk chemicals. Palladium-based catalysts are widely used and therefore size-selected Pd nanoclusters may provide enhanced performance. An investigation of the adsorption and desorption of the molecules involved in the reaction can shed light on the activity and selectivity of the catalysts. We employ ab initio calculations to investigate the binding energies of all the molecules related to the hydrogenation of 1-pentyne (1-pentyne, 1-pentene, cis-2-pentene, trans-2-pentene and pentane) on a comprehensive set of possible binding sites of two Pd147 and Pd561 cuboctahedral nanoclusters. We extract the site and size dependence of these binding energies. We find that the adsorption of 1-pentyne occurs preferably on the (100) facets of the nanoclusters, followed by their (111) facets, their edges and their vertices. The molecule binds more strongly on the larger nanoclusters, which are therefore expected to display higher activity. The binding energies of the pentenes are found to be lower on the smaller nanoclusters. Therefore, these molecules are expected to desorb more easily and the small clusters should display better selectivity, i.e., partial hydrogenation to 1-pentene, compared with large clusters. Our results provide guidelines for the optimal design of Pd nanocatalysts.