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3D Ruthenium Nanoparticle Covalent Assemblies from Polymantane Ligands for Confined Catalysis

Authors :
Philippe Serp
Pierre Roblin
Yann Tison
Hervé Martinez
Pierre Lecante
Andrea Falqui
Yuanyuan Min
Iker del Rosal
Romuald Poteau
Jean-Cyrille Hierso
Didier Poinsot
M. Rosa Axet
H. Nasrallah
Iann C. Gerber
Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE)
Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Institut national de recherche pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement - INRAE (FRANCE)
Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse - INSA (FRANCE)
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale - INSERM (FRANCE)
King Abdullah University of Science and Technology - KAUST (SAUDI ARABIA)
Office National d'Etudes et Recherches Aérospatiales - ONERA (FRANCE)
Université de Bourgogne - UB (FRANCE)
Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE)
Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE)
Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-Objets - LPCNO (Toulouse, France)
Laboratoire de chimie de coordination (LCC)
Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Chimie Moléculaire de l'Université de Bourgogne [Dijon] (ICMUB)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bourgogne (UB)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)
Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les materiaux (IPREM)
Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Génie Chimique (LGC)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)
Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO)
Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Institut de Chimie de Toulouse (ICT)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Bourgogne (UB)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
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Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)
Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
CNRS
Université de Bourgogne
Conseil Régional de Bourgogne (plan d'actions régional pour l’innovation PARI)
Fonds européen de développement régional (FEDER programs)
ANR-16-CE07-0007,ICARE_1,Nanostrucutres métal@carbone innovante pour une catalyse durable(2016)
Source :
Chemistry of Materials, Chemistry of Materials, American Chemical Society, 2020, 32 (6), pp.2365-2378. ⟨10.1021/acs.chemmater.9b04737⟩, Chemistry of Materials, 2020, 32 (6), pp.2365-2378. ⟨10.1021/acs.chemmater.9b04737⟩
Publication Year :
2020
Publisher :
American Chemical Society, 2020.

Abstract

International audience; The synthesis of metal nanoparticle (NP) assemblies stabilized by functional molecules is an important research topic in nanoscience, and the ability to control interparticle distances and positions in NP assemblies is one of the major challenges in designing and understanding functional nanostructures. Here, two series of functionalized adamantanes, bis-adamantanes, and diamantanes, bearing carboxylic acid or amine functional groups, were used as building blocks to produce, via a straightforward method, networks of ruthenium NPs. Both the nature of the ligand and the Ru/ligand ratio affect the interparticle distance in the assemblies. The use of 1,3-adamantanedicarboxylic acid allows the synthesis of three-dimensional (3D) networks of 1.7–1.9 nm Ru NPs presenting an interparticle distance of 2.5–2.7 nm. The surface interaction between Ru NPs and the ligands was investigated spectroscopically using a 13C-labeled ligand, as well as theoretically with density functional theory (DFT) calculations. We found that Ru species formed during the NP assembly are able to partially decarbonylate carboxylic acid ligands at room temperature. Decarbonylation of a carboxylic acid at room temperature in the presence of dihydrogen usually occurs on catalysts at much higher temperatures and pressures. This result reveals a very high reactivity of ruthenium species formed during the network assembly. The Ru NP networks were found to be active catalysts for the selective hydrogenation of phenylacetylene, reaching good selectivity toward styrene. Overall, we demonstrated that catalyst activity, selectivity, and NP network stability are significantly affected by Ru NP interparticle distance and electronic ligand effects. As such, these materials constitute a unique set that should allow a better understanding of the complex surface chemistry in carbon-supported metal catalysts.

Details

Language :
English
ISSN :
08974756 and 15205002
Database :
OpenAIRE
Journal :
Chemistry of Materials, Chemistry of Materials, American Chemical Society, 2020, 32 (6), pp.2365-2378. ⟨10.1021/acs.chemmater.9b04737⟩, Chemistry of Materials, 2020, 32 (6), pp.2365-2378. ⟨10.1021/acs.chemmater.9b04737⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....97e62ff62a2b1ad07f871680b40417fb
Full Text :
https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.9b04737⟩