Effects of Pd Electronic Density and Particle Size on the Low-temperature Hydrogenation Pathway of Furfural in Pd/Zr-MOFs Catalysts

doi:10.7503/cjcu20250138

Abstract

Abstract:

Pd/UiO-66， Pd/UiO-66-NH₂ and Pd/UiO-67-bpydc catalysts were prepared by the impregnation method using a series of Zr-based MOFs materials with the same topological structure as supports. The primary focus was to investigate the influence of different nitrogen-containing ligands in the supports on the size of Pd particles， the electron density， and the hydrogenation pathway of furfural. The characterization results of X-ray photoelectron spectroscopy（XPS）， carbon monoxide probe in situ Fourier transform infrared spectroscopy（CO-FTIR）， and transmission electron microscope（TEM） indicate that there are interactions of varying strengths between different N-containing ligands and Pd particles， and this interaction not only regulates the size of Pd particles but also has a significant impact on the electron density of Pd. Catalytic reaction results show that different N-containing ligands result in significant differences in both the activity of the catalyst and the selectivity of the products. From the perspective of activity， an appropriate metal-support interaction between Pd and the different supports enhances the activity of the Pd/Zr-MOFs catalysts， while excessively strong interactions suppress catalytic activity. Regarding selectivity， the electron density of Pd is a key factor affecting the selectivity of the furfural hydrogenation pathway. Specifically， the amino nitrogen in UiO-66-NH₂ and the bipyridine nitrogen in UiO-67-bpydc not only promote the dispersion of Pd particles， but also facilitate the electron transfer between UiO-66-NH₂， UiO-67-bpydc and Pd particles. For the Pd/UiO-67-bpydc and Pd/UiO-66-NH₂ catalysts with higher electron density， the furfural preferentially undergoes hydrogenation through the aldehyde group（C=O） in the side chain， for the Pd/UiO-66 catalyst with lower electron density， the furfural preferentially undergoes hydrogenation through the furan ring C=C double bond.

Key words: Pd/Zr-MOF catalyst, Furfural hydrogenation, Reaction pathway, Pd electron density

CLC Number:

O643

TrendMD:

WANG Chunhua, HOU Haiyang, LIU Yingya, DING Hai, LIU Tao, HE Shuwen. Effects of Pd Electronic Density and Particle Size on the Low-temperature Hydrogenation Pathway of Furfural in Pd/Zr-MOFs Catalysts[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(10): 20250138.

Figures/Tables 8

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Sample	S_BET/（m²·g^-1）	V_micro/（cm³·g^-1）	V_{total pore}/（cm³·g^-1）
UiO-66	1012	0.32	0.41
UiO-66-NH₂	900	0.30	0.40
UiO-67-bpydc	1814	0.39	0.58
Pd/UiO-66	885	0.29	0.38
Pd/UiO-66-NH₂	776	0.26	0.36
Pd/UiO-67-bpydc	1407	0.31	0.52

Sample	S_BET/（m²·g^-1）	V_micro/（cm³·g^-1）	V_{total pore}/（cm³·g^-1）
UiO-66	1012	0.32	0.41
UiO-66-NH₂	900	0.30	0.40
UiO-67-bpydc	1814	0.39	0.58
Pd/UiO-66	885	0.29	0.38
Pd/UiO-66-NH₂	776	0.26	0.36
Pd/UiO-67-bpydc	1407	0.31	0.52