lyst for the Hydrogenation of Maleic Anhydride

well in line with the previous studies28. .... content was measured by ICP-OES, the value in bracket was the theoretical value of Ni loading. b The BE...
0 downloads 0 Views 1MB Size
Subscriber access provided by IDAHO STATE UNIV

C: Surfaces, Interfaces, Porous Materials, and Catalysis

Efficient Tuning of Surface Nickel Species of Ni-Phyllosilicates Catalyst for the Hydrogenation of Maleic Anhydride Jing Jing Tan, Xiaoli Xia, Jinglei Cui, Wenjun Yan, Zheng Jiang, and Yongxiang Zhao J. Phys. Chem. C, Just Accepted Manuscript • DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b11972 • Publication Date (Web): 21 Mar 2019 Downloaded from http://pubs.acs.org on March 21, 2019

Just Accepted “Just Accepted” manuscripts have been peer-reviewed and accepted for publication. They are posted online prior to technical editing, formatting for publication and author proofing. The American Chemical Society provides “Just Accepted” as a service to the research community to expedite the dissemination of scientific material as soon as possible after acceptance. “Just Accepted” manuscripts appear in full in PDF format accompanied by an HTML abstract. “Just Accepted” manuscripts have been fully peer reviewed, but should not be considered the official version of record. They are citable by the Digital Object Identifier (DOI®). “Just Accepted” is an optional service offered to authors. Therefore, the “Just Accepted” Web site may not include all articles that will be published in the journal. After a manuscript is technically edited and formatted, it will be removed from the “Just Accepted” Web site and published as an ASAP article. Note that technical editing may introduce minor changes to the manuscript text and/or graphics which could affect content, and all legal disclaimers and ethical guidelines that apply to the journal pertain. ACS cannot be held responsible for errors or consequences arising from the use of information contained in these “Just Accepted” manuscripts.

is published by the American Chemical Society. 1155 Sixteenth Street N.W., Washington, DC 20036 Published by American Chemical Society. Copyright © American Chemical Society. However, no copyright claim is made to original U.S. Government works, or works produced by employees of any Commonwealth realm Crown government in the course of their duties.

Page 1 of 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

The Journal of Physical Chemistry

Efficient Tuning of Surface Nickel Species of Ni‐Phyllosilicates Cata‐ lyst for the Hydrogenation of Maleic Anhydride    Jingjing Tan*,†,┴, Xiaoli Xia†,┴, Jinglei Cui‡, Wenjun Yan§, Zheng Jiang*,†,∮ Yongxiang Zhao† †  Engineering Research Center of Ministry of Education for Fine Chemicals, Shanxi University, Taiyuan 030006, PR  China.  ‡  State Environmental Protection Key Laboratory of Efficient Utilization Technology of Coal Waste Resources, In‐ stitute of Resources and Environmental Engineering, Shanxi University, Taiyuan 030006, PR China.    §  State Key Laboratory of Coal Conversion, Institute of Coal Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Taiyuan  030001, PR China. 

∮Faculty of Engineering and the Environment, University of Southampton, Highfield, Southampton, SO17 1BJ, UK.    ABSTRACT: It is vital for the rational design of the catalyst in the hydrogenation of Maleic anhydride (MA) to chemicals,  as its special construction with one C=C bond and two C=O bonds. Herein, the catalyst with nickel nanoparticles (NPs)  inlaid nickel phyllosilicate (Ni‐PS) featured with properly Ni0 and assembled Lewis acid sites, are proposed for the efficient  hydrogenation of MA to succinic anhydride (SA) and γ‐butyrolactone (GBL). The remarkable efficiency is attributed to the  synergistic effect between the surface Ni0  and the Lewis acid sites induced from partially reduced Ni and coordinatively  unsaturated Ni (II) in Ni‐PS. The acid sites adsorb and activate the C=C and C=O groups, while the Ni0 facilitates the H2  decomposition. In‐situ XPS demonstrated that the ratio of surface Ni0 and Lewis acid sites can be modulated effectively by  changing the Ni/Si molar ratio in the catalysts, and they exhibited significantly different catalytic activity in the hydrogena‐ tion of MA. Under the lower temperature, the hydrogenation activity of MA to SA linearly increases with increasing the  Lewis acid sites surface area when the accessible Ni0 surface area is enough, whereas it is primarily affected by the Ni0 sites  under high temperature for the hydrogenation MA to GBL. 

1. INTRODUCTION  Maleic  anhydride  (MA)  has  been  regarded  as  a  good  feedstock since it can be produced at a low cost and on a  large scale by partial oxidation of n‐butane instead of ben‐ zene1, 2. Moreover, it is recently reported that MA can be  obtained by oxidation of biomass‐derived chemical plat‐ forms such as biobutanol, 5‐hydromethylfurfural (HMF),  and  furfural3‐8.    At  present,  the  annual  yield  of  MA  has  reached 920000 t, while the demand of MA is limited and  the production capacity is overplus. Compared with MA,  its downstream products such as succinic anhydride (SA),  γ‐butyrolactone (GBL), 1,4‐butanediol (1,4‐BDO) and tet‐ rahydrofuran (THF) are all important chemical raw mate‐ rials (Scheme 1) 2,9‐11, which are not adequate to the indus‐ trial demand. Especially, SA is considered as intermediate  for the chemical, pharmaceutical and food industries. GBL  is  currently  one  of  the  most  valuable  alternatives  to  the  environmentally  harmful  chlorinated  solvents,  which  is  widely used in the polymer and paint industries. It is thus  great significance and valuable to catalyze the hydrogena‐ tion of MA to SA and GBL.  Several metal catalysts have been reported to be active  in MA hydrogenation to SA or GBL, including noble metal  catalysts and non‐noble metal catalysts. Noble metal cat‐ alysts, including Pt, Pd, Rh, Ru and Au are highly active  for  MA  hydrogenation  but  relatively  expensive,  and  it  is  difficult  to  achieve  application  on  a  large  scale12‐15.  To  lower the cost of the production, the cheaper Cu‐based 

Scheme 1. Schematic pathways of MA hydrogenation  and  Ni‐based  catalysts  have  attracted  more  attentions.  The Cu‐Cr catalyst can efficiently catalyze the hydrogena‐ tion of MA, but the Cr element has toxicity and is poten‐ tially harmful to the environment16. For developing envi‐ ronmentally  friendly  catalyst,  various  supported  Cr‐free  Cu‐based  catalysts,  such  as  Cu‐Zn‐M  (M=Al,  Zr,  Ti)17,  Cu/SiO29, Cu/ZrO218 and Cu‐Ce‐Al2O319 were proposed for  the production of GBL at high temperatures (210‐280oC).  However, the poor activity was obtained at low tempera‐ ture for the hydrogenation of MA. Compared with the Cu‐ based catalysts, the Ni‐based catalysts exhibited relatively  high  catalytic  efficiency  under  the  same  reaction  condi‐ tions  and  have  received  more  attentions.  For  example,  various  of  supported  Ni‐based  catalysts  were  developed  for  the  hydrogenation  of  MA  to  SA  or  GBL,  such  as  Ni/Al2O320,  Ni/CeO221,22,  Ni/HY‐Al2O323,  Ni/TiO224  and  Ni/SiO2‐Al2O325.  However,  the  supported  Ni‐based  cata‐ lysts suffer from sintering of metal particles at high tem‐ peratures, leading to the catalyst deactivation. Therefore, 

ACS Paragon Plus Environment

The Journal of Physical Chemistry 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

the improvement of the catalyst stability is required. Ad‐ ditionally, the selectivity of GBL is low at high tempera‐ tures  since  the  various  hydrogenation  functional  groups  (C=O, C=C and furan ring) in MA. Moreover, the low‐tem‐ perature activities of these catalysts were too  low as the  low dispersion of Ni nanoparticles (NPs) on the surface of  the catalyst. Hence, it would be highly desirable but more  challenging to develop a novel Ni‐based catalytic system  with highly activity at low temperature and high selectiv‐ ity  and  stability  at  high  temperature  for  the  hydrogena‐ tion of MA.    In general, the high dispersion of Ni NPs is crucial for  highly efficient of the catalyst, and the strong metal‐sup‐ port interaction can significantly enhance the dispersion  and  stability  of  the  active  metal.  Moreover,  efficient  hy‐ drogenation  of  MA  to  SA  involves  C=C  hydrogenation,  while synthesis of GBL with high selectivity involves the  hydrogenation  of  unsaturated  bonds  (C=C  and  C=O  bonds)  and  subsequent  C‐O  hydrogenolysis  to  C‐H  effi‐ ciently. Hence, the desired active sites for the synthesis of  SA and GBL are different in considering the different pur‐ pose.  The  former  usually  requires  balanced  metal‐acid  sites and the latter needs the cooperation of more highly  dispersed metal sites with proper acid sites. Therefore, the  development  of  metal‐acid  bifunctional  catalyst  with  strong  metal‐support  interaction  and  tunable  surface  metal and acidic sites properties is a prerequisite for the  efficient hydrogenation of MA to SA and GBL.  Nickel phyllosilicate (PS) has been paid more attentions  in  catalysis  as  its  unique  structural  characteristics27‐30.  It  forms 1:1 or 2:1 lamellar structure. For 1:1 type, a sheet con‐ sisted  of  one  tetrahedral  SiO4  interacted  with  one  sheet  contained Ni(II) in octahedral coordination. For 2:1 type,  one  octahedral  sheet  of  Ni(II)  sandwiched  between  two  tetrahedral sheets of SiO4, as shown in Figure 1. The lamel‐ lar  structure  of  PS  offers  strong  metal‐support  interac‐ tions and a confinement effect to anchor the active metal,  enhancing  its  dispersion  and  stability.  Moreover,  it  pos‐ sesses tunable surface metal and acidic sites properties. So  far,  nickel  phyllosilicate  derived  catalysts  have  not  been  investigated for the hydrogenation of MA.  Herein,  a  series  of  nickel  phyllosilicate  catalysts  with  different Ni/Si molar ratio prepared by ammonia evapora‐ tion method were proposed for the hydrogenation of MA.  These  catalysts  were  featured  with  highly  dispersed  Ni  NPs and plenty of proximal Lewis acid sites. These Lewis  acid sites originated from the partial reduced Ni and the  coordinatively  unsaturated  Ni  (II)  sites  located  at  the  nickel phyllosilicate structure. The unique lamellar struc‐ ture and the synergistic effect between the surface Ni0 and  the Lewis acid sites endow the catalyst with high catalytic  activity and stability during the hydrogenation processes.  Moreover, the distribution of Ni species (metal and acidic  sites)  on  the  surface  of  the  catalysts  can  be  effectively  modulated by changing the Ni/Si molar ratio, leading to 

Page 2 of 11

the  different  catalytic  performance.  At  80oC,  the  hydro‐ genation of MA to SA shows the trend of a volcanic curve  with increasing the Ni/Si molar ratio. The catalyst with a  0.48  Ni/Si  molar  ratio  displays  the  highest  activity,  the  conversion of MA was up to 95% within 3 h. Nevertheless,  the hydrogenation of MA to GBL increased linearly with  increasing the Ni/Si molar ratio at 200oC, and the yield of  GBL was achieved to 70% within 3 h over the catalyst with  1.30 of Ni/Si molar ratio. 

Figure 1. The structure of Ni‐Containing PS 

 

2. RESULTS AND DISCUSSION  2.1 Textural Properties of the Catalysts  The main physicochemical properties of pure SiO2 and  the as‐prepared Ni‐PS‐x catalysts were listed in Table 1. It  was found that the actual Ni loading determined by ICP‐ OES was close to the nominal value. The SBET (BET surface  area) of the catalysts increased with increasing the Ni/Si  molar ratio, and then decreased with further increasing its  ratio.  The  sample  with  a  0.48  value  of  Ni/Si  molar  ratio  possesses the maximum value for SBET. Such phenomenon  is  related  to  the  special  porous  structure  of  the  nickel  phyllosilicate. This result indicated that the formation of  more integrated nickel phyllosilicate structure by increas‐ ing the Ni/Si molar ratio at the range of 0~0.48. However,  the NiO species were found on the surface of the catalyst  with further increasing the Ni/Si molar ratio. These NiO  species can cover the pores of the nickel silicate structure  and then reduce the specific surface area of the catalyst,  well  in  line  with  the  previous  studies28.  Interestingly,  it  was observed that the pure SiO2 has the smallest SBET com‐ pared  with  all  the  Ni‐PS  catalysts.  This  result  suggested  that the impaction of Ni NPs can enormously improve the  SBET  of  Ni‐PS  catalysts  as  the  formation  of  the  lamellar  structure. Additionally, all the catalysts displayed a type  IV  Langmuir  isotherm  with  an  H4‐type  hysteresis  loop  (Figure S1 in ESI). The pore size distribution curves of all  the samples are also provided (Figure S2 in ESI). The pore  size decreased firstly and then increased with increasing  the  Ni/Si  molar  ratio.  The  catalyst  with  the  Ni/Si  molar  ratio  of  0.48  owns  the  smallest  average  pore  diameter,  which is about 3.5 nm. 

ACS Paragon Plus Environment

Page 3 of 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

The Journal of Physical Chemistry

Table 1. Physicochemical properties of catalysts 

Catalyst 

Ni loading  a

SBET  2

Vp  b

3

Dp  b

dNi  b

SNi  c

Sacid 

(mmol/g)  

H2 uptake  (mmol/g)e 

(mmol NH3/g)f 

C  (µmol/g)g 

d

(wt%)  

(m /g)  

(cm /g)  

SiO2 

‐ 

174 

0.3 

4.6 

‐ 

‐ 

‐ 

‐ 

‐ 

PS‐0.09 

7.1(8) 

227 

0.5 

7.6 

2.7 

0.28 

0.59 

1.62 

239.8 

PS‐0.19 

13.7(16) 

270 

0.6 

7.1 

2.9 

0.32 

0.79 

1.68 

456.3 

PS‐0.32 

22.0(24) 

312. 

0.8 

7.8 

3.4 

0.47 

1.03 

1.79 

746.4 

PS‐0.48 

31.5(32) 

347 

0.6 

7.7 

3.9 

0.80 

1.13 

2.89 

1381.5 

PS‐0.68 

38.8(40) 

336 

0.8 

7.8 

4.3 

0.88 

2.18 

2.90 

941.9 

PS‐0.94 

46.0(48) 

326 

0.7 

7.2 

4.6 

0.87 

2.84 

2.99 

875.8 

PS‐1.30 

54.5(56) 

243 

0.5 

7.0 

4.9 

1.13 

3.64 

2.90 

(nm)   (nm)  

a

423.4  b

 Elements content was measured by ICP‐OES, the value in bracket was the theoretical value of Ni loading.   The BET surface  area, pore volume, and pore size were determined by N2 physical‐adsorption. c Diameter of Ni NPs was calculated according  to  the  statistical  results  of  HRTEM.  d  SNi  was  calculated  based  on  H2‐TPD  results.  e  Determined  from  the  amount  of  H2  consumed in TPR.  f  Sacid was calculated based on NH3‐TPD results of reduced catalysts.  g C was calculated based on Py‐IR  results of reduced catalysts.   

2.3 FTIR analysis 

2.2 XRD analysis  The XRD patterns of Ni‐PS catalyst with varying molar  ratio of Ni/Si, which dried at 80oC, calcined at 600oC and  reduced at 550oC, are presented in Figure 2, respectively. It  was observed that the obvious diffraction peaks centered  at 26.7°, 33.7°, 39.7°, 53.2° and 60.9° were appeared for all  the catalysts, which were assigned to the presence of 2:1 Ni‐ PS  structures  (JADE‐PDF43‐0664)27.  These  results  sug‐ gested that the successful preparation of nickel phyllosili‐ cate in their precursors. Additionally, it was found that the  amorphous SiO2 were obvious when the Ni/Si molar ratio  is less than 0.48 due to the Ni loading is too low to form  nickel phyllosilicate with SiO2. According to Figure 2b, the  diffraction  peaks  of  the  calcined  samples  (Ni‐PS‐0.09  to  0.68) were almost identical to those of the dried samples,  suggesting that the structure of these Ni‐PS samples were  not  be  damaged  at  high  temperatures.  However,  the  dif‐ fraction peak centered at 43.3o, which was assigned to NiO,  were  detected  when  the  Ni/Si  molar  ratio  increased  to  0.94‐1.30. This result reflected that the excess Ni species on  the surface of these catalysts gathered into large NiO par‐ ticles since the weaker interactions between excess Ni spe‐ cies  and  SiO2.  After  reduction,  the  diffraction  peak  of  nickel phyllosilicate is gradually weakened for all the cata‐ lysts. Noted that no diffraction peaks of Ni NPs were de‐ tected when the Ni/Si molar ratio was less than 0.48. This  implied that the Ni NPs were highly dispersed on these cat‐ alysts as the formation of nickel phyllosilicate. Neverthe‐ less,  a  wide  diffraction  peaks  of  Ni  were  appeared  and  sharpened  with  further  increasing  the  Ni/Si  molar  ratio  (>0.48),  reflecting  that  the  size  of  the  Ni  NPs  increased  with increasing the Ni content as the excess Ni aggregated  and grew on the surface of the catalysts. 

The FTIR spectra of dried (Figure 3a) and calcined (Fig‐ ure 3b) Ni‐PS catalysts were shown in Figure 3. The vibra‐ tion bands at 800 cm‐1 and 1109 cm‐1 are attributed to the  νSiO vibration in amorphous SiO2 (Si‐O‐Si)31. The vibration  bands at 670 cm‐1, 1024 cm‐1 and 3627 cm‐1 are assigned to  the δOH vibration, νSiO vibration and the νOH vibration in the  phyllosilicate  structures,  respectively32.  The  band  at  1385  cm‐1  is  the  vibration  of  the  NO3‐  32,33.  The  appearance  of  characteristic bands at 670 cm−1, 1024 cm−1, and 3627 cm−1  indicated the formation of nickel phyllosilicate in precur‐ sors for all the samples with varying Ni/Si molar ratio (Fig‐ ure 3a), which are consistent with the XRD results. Mean‐ while, it was found that the shoulder peaks centered at 800  cm‐1 and 1109 cm‐1 belonged to amorphous SiO2 were grad‐ ually disappeared, while the peaks of nickel phyllosilicate  were gradually sharpened with increasing the Ni/Si molar  ratio.  These  results  reflected  that  the  species  of  Si  are  mainly in the form of nickel phyllosilicate with increasing  the Ni/Si molar ratio. The pure nickel phyllosilicate phase  was  formed  as  the  ratio  of  Ni/Si  increased  to  0.48~1.30.  Moreover,  such  nickel  phyllosilicate  was  preserved  after  calcination  at  600oC  (Figure  3b),  further  suggesting  the  highly stable of this structure at high temperatures, well in  accordance with the XRD results.  2.4 H2‐TPR analysis  The reducibility of the calcined catalysts with different  Ni/Si molar ratio were studied by H2‐TPR. The profiles and  the amount of H2 uptake are shown in Figure 4 and Table  1,  respectively.  Each  sample  displays  two  hydrogen  con‐ sumption peaks, and the shapes of the peaks differ between  each one. These findings demonstrated that two different 

 

ACS Paragon Plus Environment

The Journal of Physical Chemistry 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Page 4 of 11

Figure 3. FTIR spectra of different catalysts. (a) FTIR spec‐ tra of different precursors; (b) FTIR spectra of calcined cat‐ alysts. 

Figure 2. XRD patterns of Ni‐PS‐x. (a) XRD patterns of pre‐ cursors, (b) XRD patterns of calcined and (c) XRD patterns  of reduced catalysts.  Ni  species  are  present  in  each  sample.  The  former  peaks  from  200°C  to  500°C  can  be  ascribed  to  the  reduction  of  NiO on the surface of the catalyst or the Ni2+ with weak in‐ teraction with SiO2. Meanwhile, the latter peaks at 500°C  to 800°C can be related to the reduction of Ni2+ located at  the nickel phyllosilicate, which is coincident with the pre‐ vious study33. The high reduction temperature of these cat‐ alysts reflected the presence of the strong interaction be‐ tween Ni and SiO2  species. That is, Ni species are embed‐ ded into the Ni‐PS structures, and these Ni species are 

difficult  to  be  reduced.  With  the  increase  of  Ni/Si  molar  ratio in the range of 0.09‐0.48, the latter reduction peak of  Ni  species  shifted  to  higher  temperature.  This  indicated  that the Ni‐O‐Si structure increases gradually with increas‐ ing the Ni content, and the nickel phyllosilicate structure  tends  to  be  the  integrated  2:1  structure.  When  the  Ni/Si  molar  ratio  exceeds  0.48,  the  latter  reduction  peak  of  Ni  species slightly shifted to lower temperature. The reason is  that the excessive Ni existed in the form of NiO on the sur‐ face of the catalysts, and they are easy to be reduced and  lead  to  hydrogen  spillover  during  the  reduction  process.  The overflowing active hydrogen has super reduction abil‐ ity, which can lower the reduction temperature of nickel in  the Ni‐PS structure. Although the center of the high tem‐ perature  reduction  peak  shifts  with  the  change  of  Ni/Si  molar ratio, it is still in the range of 600‐800 °C. It is thus  induced that the Ni species in the nickel phyllosilicate were  not completely reduced at 550°C, and lots of Niδ+ ions are  exposed at the edge and surface of the catalyst28.           

ACS Paragon Plus Environment

Page 5 of 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

The Journal of Physical Chemistry

Figure 4. H2‐TPR results of catalysts  2.5 TEM analysis  To further understand the dispersion of the Ni NPs and  study  the  structure  and  morphology  of  the  catalysts,  the  TEM analysis of the reduced samples was performed. The  images  were  depicted  in  Figure  5  and  Figure  S3  (in  ESI).  Figure 5(a1)~(g1) display the presence of characteristic fi‐ brous‐like structures (labeled by red ellipse in Figure S3, in  ESI)  as  the  formation  of  Ni‐containing  phyllosilicate35,36.  These results implied that the Ni species in Ni‐PS structure  were not fully reduced at 550oC for 2 h, which are well in  line  with  the  TPR  results  and  previous  study27.  It  is  re‐ ported  that  the  Ni  inlaid  nickel  phyllosilicate  cannot  be  completely  reduced  when  the  reduction  temperatures  were lower than 700oC27,29,37,38. The unreduced nickel phyl‐ losilicate could act as an auxiliary guest for Ni0 NPs, which  would exhibit different properties during the catalytic re‐ action  processes.  Moreover,  it  was  observed  directly  the  dispersion  of  Ni  NPs  on  the  surface  of  catalyst  from  the  TEM images. Small Ni particles are uniformly distributed  on  the  support  for  the  samples  with  Ni/Si  molar  ratio  in  the range of 0.09 to 0.68 (Figure 5a‐1~d‐1). The formation  of these small Ni NPs without aggregation were related to  the strong interaction between Ni2+ ions and SiO2 in nickel  phyllosilicate structure, which slows the reduction and nu‐ cleation  process  during  reduction.  However,  the  aggre‐ gates of relatively bulk Ni NPs were obtained on the surface  of  catalyst  when  the  Ni/Si  molar  ratio  increased  up  to  0.94~1.30. The reason is that the excess Ni species in these  catalysts exist in the form of NiO on the surface. Such NiO  are easily to be reduced to metal Ni, and they are prone to  aggregate to form large particles under high temperatures.  Additionally,  the  HRTEM  were  performed  to  determine  the size distribution of Ni NPs (Figure5a‐2~g‐2). The corre‐ sponding size distribution histogram showed that the size  of Ni NPs was slightly increased from 2.7 nm to 4.9 nm with  increasing the molar ratio of Ni/Si from 0.09 to 1.30, which  was  well  in  line  with  the  results  of  XRD.  It  is  thus  con‐ firmed that highly dispersed active sites Ni can be obtained  from the nickel phyllosilicate precursor. The number of ac‐ tive metal of Ni was calculated by H2‐TPD, and the results  were listed in Table 1. It was found that the exposed surface  metallic Ni concentration increased from 0.28 mmol/g to  1.13  mmol/g  with  increasing  the  Ni/Si  molar  ratio  from  0.09‐1.30.   

Figure 5. The morphology of catalysts and particle size dis‐ tribution  histogram  of  reduced  catalysts:  (a)PS‐0.09,  (b)PS‐0.19,  (c)PS‐0.32,  (d)PS‐0.48,  (e)PS‐0.68,  (f)PS‐0.94,  (g)PS‐1.30. 

ACS Paragon Plus Environment

The Journal of Physical Chemistry 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Page 6 of 11

 

Figure 6. NH3‐TPD patterns of the reduced catalysts  2.6 NH3‐TPD analysis  The  surface  acidic  properties  of  the  reduced  catalysts  were  explored  by  NH3‐TPD  (Figure  6  and  Table  1).  As  shown  in  Figure  6,  two  main  peaks  around  190°C~450°C  and 450°C~650°C were observed for all samples with vary‐ ing  Ni/Si  molar  ratio,  corresponding  to  medium  strong  acid sites and strong acid sites, respectively. Note that the  intensity of the total desorption peak is increased with in‐ creasing  the  Ni/Si  molar  ratio  (at  the  rage  of  0.09‐0.48),  while the trend is not obvious when the ratio is above 0.48.  Moreover, it was observed that the strong acid sites were  gradually  decreased,  while  the  medium  strong  acid  sites  significantly increased with increasing the Ni/Si molar ra‐ tio. These results are in line with the H2‐TPR results, which  demonstrated that a large fraction of Ni2+ in nickel phyllo‐ silicate were not reduced at 550oC and the lamellar struc‐ ture was preserved, especially for the samples with 0.48 of  Ni/Si molar ratio. Typically, the acidity of Ni‐PS catalysts is  derived from two different positions: one resulted from the  ‐OH groups on the surface of the catalyst (Brønsted acid),  the other is the coordinatively unsaturated Ni2+ sites on the  edges/surfaces of PS (Lewis acid), including the unreduced  or partially reduced Ni2+ ions in Ni‐PS 33.  2.7 Py‐IR analysis  To further determine the nature of acid sites, the Py‐IR  spectra  of  nickel  phyllosilicate  catalysts  with  different  Ni/Si molar ratio were conducted, the spectra and the acid  content are shown in Figure 7 and Table 1, respectively. The  bands  centered  at  1450  cm−1,  1610  cm−1  and  1490  cm−1  are  consistent  with  the  absorption  of  pyridine  on  Lewis  acid  sites.  The  band  at  1540  cm−1  assigned  to  Brønsted  acid  caused by surface ‐OH groups were not appeared. It is thus  verified that the surface acid sites are mainly in the form of  Lewis acids (L acid). Such acids were originated from the  partially reduced Ni2+ ions in nickel PS and the  coordina‐ tively unsaturated Ni2+ sites located at the remanent nickel  phyllosilicate  structure33,39‐40.  Moreover,  it  was  observed  that the intensity of these three peaks (1450 cm−1, 1610 cm−1  and  1490  cm−1)  were  increased  firstly  and then  decreased  with increasing the molar ratio of Ni/Si. The sample with a  0.48 Ni/Si molar ratio owns the strongest intensities of the  peaks,  namely,  it  possesses  the  maximum  acidic  sites  (as  seen in Table 1). Such phenomenon is related to the change 

Figure 7. Py‐IR spectra of reduced catalysts  of  the  special  layered  phyllosilicate  structure.  The  more  nickel  phyllosilicate  phase,  the  more  coordinatively  un‐ saturated Ni2+ and the stronger acidity for the catalyst. Ob‐ viously,  nickel  and  silicon  could  be  completely  used  to  form the integrated nickel phyllosilicate phase as the Ni/Si  molar ratio is about 0.48. The strongly interaction between  Ni2+ ion and SiO2 in the nickel phyllosilicate phase causes  the difficulty of Ni species to be reduced, leading to more  unreduced  Ni  to  act  as  Lewis  acid  sites.  This  interaction  likely become weak when the Ni species were excessive in  these catalysts. Such exceed Ni species will be present in  the form of NiO on the catalyst surface, which are prone to  be  reduced,  leading  to  fewer  unreduced  Ni  and  lowering  the  density  of  Lewis  acid  sites.  These  results  were  con‐ sistent with the above H2‐TPR and NH3‐TPD results.  2.8 XPS analysis  In‐situ X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS) was per‐ formed to further verify the reducibility and chemical state  of the Ni species in the catalysts with varying Ni/Si molar  ratio. As described in Figure 8, the Ni 2p spectra of all the  samples  were  deconvoluted  into  four  peaks,  which  were  centered at 852.7 eV, 855.4 eV, 857.5 eV and 862 eV, respec‐ tively. The first binding energy (BE) positioned at 852.7 eV  is attributed to the presence of Ni0 species41,42. The peak 

Figure 8. In‐situ XPS spectra of reduced catalysts 

ACS Paragon Plus Environment

Page 7 of 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

The Journal of Physical Chemistry

centered at 855.4 eV is assigned to the partial reduced Ni  species in nickel phyllosilicate, namely, Niδ+ species43. The  peak at 857.5 eV belongs to the Ni2+ species which interact  strongly  with  SiO2  in  Ni‐PS  catalysts43,44.  The  peak  posi‐ tioned at 862 eV is ascribed to the satellite peak of Ni2p as  the electron shake‐up45. Moreover, it was observed that the  peak intensities of Ni0 and Niδ+ species were increased lin‐ early, while that of Ni2+ located at nickel phyllosilicate were  increased  firstly  and  then  decreased  with  increasing  the  Ni/Si  molar  ratio,  which  were  well  consistent  with  the  characterization of H2‐TPR results.  2.9 Catalytic performance  To explore the catalytic performance, the hydrogenation  of MA was performed over these reduced Ni‐PS catalysts  (Table 2 and Table S1‐S2 in ESI). It was observed that the  conversion of MA increased firstly and then decreased with  increasing the Ni/Si molar ratio (entries 1~7). The catalyst  with a Ni/Si molar ratio of 0.48 exhibited the highest activ‐ ity for the hydrogenation of MA to SA at 80oC. A 95% con‐ version of MA together with a SA selectivity of 100% was  obtained within 3 h, which were greatly higher than that of  previous reports20‐22. However, it was found that the hydro‐ genation activity of MA to GBL at 200oC was positively cor‐ related with the Ni/Si molar ratio. Namely, the GBL yield  increased  linearly  with  increasing  the  Ni/Si  molar  ratio  (entries  9~15).  The  highest  yield  of  GBL  reached  70%  within 3 h over the catalyst with a 1.30 of Ni/Si molar ratio.  These results suggested that the distribution of Ni species  (metal Ni0 sites and the Lewis acid sites) have a significant  effect on their catalytic activity. To find the proper distri‐ bution  of  Ni  species  that  enhances  the  catalytic  perfor‐ mance of these catalysts with different Ni/Si molar ratio,  the relationship of the structure and catalytic performance  Table 2. Influence of Ni/Si molar ratio on the  hydrogenation of MAa  Entry 

MA  SA  GBL  Con.%  Sel.%  Sel.%  1  PS‐0.09  81  100  0  2  PS‐0.19  86  100  0  3  PS‐0.32  91  100  0  4  PS‐0.48  95  100  0  5  PS‐0.68  92  100  0  6  PS‐0.94  87  100  0  7  PS‐1.30  81  100  0  8  Ni/SiO2Ib  74  100  0  9  PS‐0.09c  87  88  12  10  PS‐0.19 c  93  82  18  11  PS‐0.32 c  96  74  26  12  PS‐0.48 c  98  69  31  13  PS‐0.68 c  100  37  63  14  PS‐0.94 c  100  33  67  15  PS‐1.30 c  100  30  70  16  Ni/SiO2Ic  84  98  2  a: Reaction conditions: MA: 4.9 g; catalyst: 0.3 g; stirrer: 400  r/min; H2: 5 MPa; THF 40 ml as solvent; Reaction temper‐ ature: 80oC; t=3 h. GBL: γ‐butyrolactone. b: the catalyst pre‐ pared by impregnation method, 80oC, c: 200oC; the carbon  balance in all reactions  ≥97%   

Catalyst 

Figure 9a. Effects of Ni/Si molar ratio on the conversion of  MA at 80oC for 3 h and the Normalized acid sites (NiP2+ in  PS and Niδ+) of the catalysts 

Figure 9b. Effects of Ni /Si molar ratio on the yield of GBL  at 200oC for 3 h and the Ni0 of the catalysts  for the hydrogenation MA to SA and GBL were constructed,  respectively. Firstly, the MA conversion and the distribu‐ tion of Ni species (Lewis acid sites) as a function of Ni/Si  molar  ratio  were  displayed  in  Figure  9a.  Interestingly,  it  was found that the same trend was appeared for the con‐ version  of  MA  and  the  surface  Lewis  acid  concentration  with varying the Ni/Si molar ratio. That is to say, the two  curves increased firstly, and then decreased with increas‐ ing the molar ratio of Ni/Si. The highest conversion of MA  and the highest number of Lewis acid sites were occurred  simultaneously over the catalyst with the Ni/Si molar ratio  of  0.48.  The  improved  catalytic  activities  of  the  catalysts  can be ascribed to the strong synergistic effect between Ni0  and  the  Ni  species  with  Lewis  acid  properties.  Typically,  Ni0 is used to activate dissociated hydrogen, and Ni species  (electron‐deficient)  are  used  to  adsorb  and  activate  the  C=C group (electron donor) during the hydrogenation pro‐ cesses46. This was further verified by comparison with the  activity  of  Ni/SiO2I  catalyst  prepared  by  impregnation  method, which has the same active sites of Ni as Ni‐PS‐0.48  but without Lewis acid site (Table 1 entry 8). Its catalytic  activity for the hydrogenation of MA to SA at 80oC is much  lower  than  that  of  Ni‐PS  catalysts.  However,  the  XPS  re‐ sults  indicated  that  the  metal  sites  of  Ni0  were  increased  monodirectional  with  increasing  the  Ni/Si  molar  ratio  at 

ACS Paragon Plus Environment

The Journal of Physical Chemistry 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

the range of 0.32 to 1.30. It is thus induced that the catalytic  activities  efficiently  changed  according  to  the  number  of  Lewis acid sites when the accessible Ni0  is enough during  the hydrogenation of MA to SA at low temperatures.    In order to explore the role of Ni0 sites, the distribution  of  Ni  species  (Ni0)  and  the  yield  of  GBL  as  a  function  of  Ni/Si molar ratio were also correlated, as shown in Figure  9b.  It  was  found  that  the  yield  of  GBL  produced  at  high  temperature  (200oC)  were  increased  with  increasing  the  Ni/Si molar ratio. Meanwhile, the number of metal Ni sites  were also increased with increasing the Ni/Si molar ratio at  the range of 0.32 to 1.30. Similarly, the synergistic effect be‐ tween Ni0 and the adjacent Lewis acid is vital to realize the  hydrogenation of MA to GBL at high temperatures. Ni0 fa‐ cilitates the H2 decomposition, and Ni species with Lewis  properties  are  applied  to  adsorb  and  activate  the  C=O  group  (electron  donor)  during  the  hydrogenation  pro‐ cesses. This was also verified by the low catalytic activity of  Ni/SiO2I catalyst with the same active sites of Ni as Ni‐PS‐ 0.48 but without Lewis acid site (Table 2 entry 16). Never‐ theless, the results of Py‐IR, XPS and Figure 9a exhibited  that  the  Lewis  acid  sites  of  the  catalysts  increased  firstly  and then decreased with increasing the Ni/Si molar ratio.  All of the results reflected that the catalytic activity of the  catalysts  no  longer  remained  consistent  with  the  Lewis  acid  sites,  while  it  primarily  increased  with  the  Ni0  sites.  That  is  to  say,  the  catalytic  activity  depended  on  the  Ni0  sites when the accessible Lewis acid sites are enough dur‐ ing the hydrogenation of MA to GBL at high temperature.  The reason is that more activated hydrogen was required  for the hydrogenation of both C=C and C=O at high tem‐ perature31,46.  The stability of catalyst is a primary challenge for the liq‐ uid hydrogenation reaction over the Ni‐based catalyst. As  shown in Figure 10, the recyclability of the Ni‐PS catalyst  with the Ni/Si molar ratio of 0.48 was investigated under  high temperature (200oC). After each reaction, the catalyst  was separated from the reaction mixture by filtration and  washed with THF for three times. Then, the recycled cata‐  lyst was reused for the next run. It was observed that the  activity of the catalyst maintained at a high level after eight   

Page 8 of 11

successive recycling runs. Furthermore, the XRD and TEM  analysis of the catalyst used 8 times were performed, sug‐ gesting  that  the  average  particle  sizes  were  slightly  in‐ creased from 3.9 nm to 4.4 nm (Figure S4 and Figure S5 in  ESI). Moreover, there was no obvious change in the struc‐ ture  and  morphology  of  the  catalyst  before  and  after  the  reaction, as verified by the TEM and FTIR results (Figure  S5 and Figure S6 in ESI). These results reflect the high sta‐ bility and reusability of the catalyst. The high stability of  Ni‐PS‐0.48 can be ascribed to the strong metal‐support in‐ teraction  and  the  confinement  effect  of  phyllosilicate  structure in the catalyst, preventing the loss and sintering  of active metal Ni species during the reaction.    3. CONCLUSIONS  A  series  of  nickel  phyllosilicate  (Ni‐PS)  catalysts  with  varying Ni/Si molar ratio are developed for the efficient hy‐ drogenation of MA. The catalysts were featured with highly  dispersed Ni NPs and plenty of Lewis acid sites. The results  demonstrated that the Ni/Si molar ratio has a significant  influence on the catalyst structure and catalytic activities.  The catalyst with Ni/Si molar ratio of 0.48 is prone to form  the integrated nickel phyllosilicate. It exhibited the highest  activity in the hydrogenation of MA to SA at low tempera‐ ture, the yield of SA was up to 95% within 3 h at 80oC. The  catalyst with Ni/Si molar ratio of 1.30 displayed the highest  activity  in  the  hydrogenation  of  MA  to  GBL  under  high  temperature, the yield of GBL reached 70% within 3 h at  200oC.  The  remarkable  efficiency  of  these  catalysts  is  as‐ cribed to the synergistic effect between the surface Ni0 and  the Lewis acid sites induced from partially reduced Ni and  the  remained  phyllosilicate.  In‐situ  XPS  characterization  clarified that the number of Ni0 and Lewis acid sites can be  modulated effectively by changing the molar ratio of Ni/Si  in the Ni‐PS catalysts. The surface area of Ni0 increased mo‐ notonously, while the Lewis acid sites increased firstly and  then decreased with increasing the Ni/Si molar ratio. It was  concluded that the catalytic activity of hydrogenation for  MA to SA at lower temperature linearly increases with in‐ creasing the Lewis acid sites when the accessible Ni0 is suf‐ ficient. However, it is primarily affected by the Ni0 sites un‐ der higher temperature for the hydrogenation MA to GBL  when the Lewis acid sites are enough. The reason is that  more  activated  hydrogen  was  needed  for  achieving  both  hydrogenation of C=C and C=O. Besides its effectiveness,  the  Ni‐PS  catalyst  displayed  an  excellent  stability  under  high temperature. This is due to the strong metal‐support  interaction  and  the  confinement  effect  of  phyllosilicate  structure for the catalyst. The attractive properties of Ni‐ PS might be promising for hydrogenation of other α, β‐un‐ saturated  carbonyl  compound,  providing  guiding  princi‐ ples for the design of metal‐acid multifunctional catalyst in  future. 

ASSOCIATED CONTENT    Figure 10 The recycling test of Ni‐PS‐0.48 catalyst    Reaction conditions: MA: 4.9g; catalyst: 0.3 g; stirrer: 400  r∙min‐1; H2: 5 MPa; THF 40 ml as solvent; Reaction temper‐ ature: 200oC; t= 3 h. MA: maleic anhydride, GBL: ‐butyro‐ lactone. 

Supporting Information. The Experimental and Figure S1 to  S6, Table S1‐S2 can be found in Electronic Supporting Infor‐ mation (ESI).    This  material  is  available  free  of  charge  via  the  Internet  at  http://pubs.acs.org.   

ACS Paragon Plus Environment

Page 9 of 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

The Journal of Physical Chemistry

AUTHOR INFORMATION  Corresponding Author  * E‐mail:    [email protected][email protected] 

Author Contributions  ┴These authors contributed equally to this work. 

Notes  The authors declare no competing financial interest. 

ACKNOWLEDGMENT    The authors gratefully acknowledge Shanxi Provincial Natu‐ ral Science Foundation of China (No. 201701D221030), the fi‐ nancial support of the Natural Science Foundation of China  (No. 21703275 and No. U1710221). 

REFERENCES 

10. Torres, C. C.; Aldereta, J. B.; Mella, C.; Pawelec, B. Maleic Anhydride Hydrogenation to Succinic Anhydride over Mesoporous Ni/TiO2 Catalysts: Effects of Ni Loading and Temperature. J. Mol. Catal. A: Chem. 2016, 423, 441-448. 11. Zhang, D. Z.; Yin, H. B.; Ge, C.; Xue, J. J.; Jiang, T. S.; Yu, L. B.; Shen, Y. T. Selective Hydrogenation of Maleic Anhydride to γ-Butyrolactone and Tetrahydrofuran by Cu-Zn-Zr Catalyst in the Presence of Ethanol. J. Ind. Eng.Chem.. 2009, 15, 537-543. 12. Regenhardt, S. A.; Trasarti, A. F.; Meyer, C. I.; Garetto, T. F.; Marchi, A. J. Selective Gas-phase Conversion of Maleic Anhydride to Propionic Acid on Pt-based Catalysts. Catal. Commun. 2013, 35, 59-63. 13. Hong, U. G.; Park, H. W.; Lee, J.; Hwang, S.; Song, I. K. Hydrogenation of Succinic Acid to γ-Butyrolactone (GBL) over Ruthenium Catalyst Supported on Surfactant-templated Mesoporous Carbon. J.Ind. Eng. Chem. 2012, 18, 462-468.

1.

Feng, Y. H.; Yin, H. B.; Wang, H. B.; Xie, T.; Jiang, T. S. Selective Hydrogenation of Maleic Anhydride to Succinic Anhydride Catalyzed by Metallic Nickel Catalysts. Appl.Catal. A: Gen. 2012, 425-426, 205-212.

14. Budroni, G.; Corma, A. Gold and Gold-platinum as Active and Selective Catalyst for Biomass Conversion: Synthesis of γ-Butyrolactone and One-pot Synthesis of Pyrrolidone. J.Catal. 2008, 257, 403-408.

2.

Xu, Y. M.; Bi, Y. D.; Yin, X. H. Liquid Phase Hydrogenation of Maleic Anhydride over Ni Catalysts: Effect of Support on the Catalytic Performance. Adv. Mater. Res. 2014, 1033-1034, 57-60.

15. Wang, Q.; Cheng, H. Y.; Liu, R. X.; Hao, J. M.; Yu, Y. C.; Zhao, F. Y. Influence of Metal Particle Size on the Hydrogenation of Maleic Anhydride over Pd/C Catalysts in scCO2. Catal. Today. 2009, 148, 368-372.

3.

Lan, J. H.; Lin, J. C.; Chen, Z. Q.; Yin, G. C. Transformation of 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) to Maleic Anhydride by Aerobic Oxidation with Heteropolyacid Catalysis. ACS Catal. 2015, 5, 2035-2041.

4.

Alonso-Fagundez, N.; Ojeda, M.; Mariscal, R.; Fierro, J. L. G.; Lopez-Granados, M. Gas Phase Oxidation of Furfural to Maleic Anhydride on V2O5/γ-Al2O3 Catalysts: Reaction Conditions to Slow Down the Deactivation. J. Catal. 2017, 348, 265-275.

16. Yu, Y.; Guo, Y. L.; Zhan, W. C.; Guo, Y.; Wang, Y. Q.; Wang, Y. S.; Zhang, Z. G.; Lu, G. Z. Gas-phase Hydrogenation of Maleic Anhydride to γ-Butyrolactone at Atmospheric Pressure over Cu-CeO2-Al2O3 Catalyst. J. Mol. Catal. A: Chem. 2011, 337, 77-81.

5.

6.

Li, X. K.; Zhang, Y. G. The Conversion of 5-Hydroxymethyl Furfural (HMF) to Maleic Anhydride with Vanadium-Based Heterogeneous Catalysts. Green Chem. 2016, 18, 643-647. Lv, G. Q.; Chen, C. Y.; Lu, B. Q.; Li, J. L.; Yang, Y. X.; Chen, C. M.; Deng, T. S.; Zhu, Y. L.; Hou, X. L.Vanadium-oxo Immobilized onto Schiff Base Modified Graphene Oxide for Efficient Catalytic Oxidation of 5-Hydroxymethylfurfural and Furfural into Maleic Anhydride. RSC Adv. 2016, 6, 101277101282.

7.

Li, X. K.; Ho, B.; Zhang, Y. G. Selective Aerobic Oxidation of Furfural to Maleic Anhydride with Heterogeneous Mo-VO Catalysts. Green Chem. 2016, 18, 2976-2980.

8.

Alonso-Fagundez, Noelia.; Granados, M. L.; Mariscal, R.; Ojeda, M. Selective Conversion of Furfural to Maleic Anhydride and Furan with VOx/Al2O3 Catalysts. ChemSusChem. 2012, 5, 1984-1990.

9.

Meyer, C. L.; Marchi, A. J.; Monzon, A.; Garetto, T. F. Deactivation and Regeneration of Cu/SiO2 Catalyst in the Hydrogenation of Maleic Anhydride. Kinetic Modeling. Appl.Catal. A: Gen. 2009, 367, 122-129.

17. Zhang, D. Z.; Yin, H. B.; Xue, J. J.; Ge, C.; Jiang, T. S.; Yu, L. B.; Shen, Y. T. Selective Hydrogenation of Maleic Anhydride to Tetrahydrofuran over Cu-Zn-M (M = Al, Ti, Zr) Catalysts Using Ethanol As a Solvent. Ind. Eng. Chem. Res. 2009, 48, 11220-11224. 18. Gao, D. Z.; Feng, Y. H.; Yin, H. B.; Wang, A. L.; Jiang, T. S. Coupling Reaction Between Ethanol Dehydrogenation and Maleic Anhydride Hydrogenation Catalyzed by Cu/Al2O3, Cu/ZrO2 and Cu/ZnO Catalysts. Chem. Eng. J. 2013, 233, 349-359. 19. Yu, Y.; Zhan, W. C.; Guo, Y.; Lu, G. Z.; Adjimi, S.; Guo, Y. L. Gas-phase Hydrogenation of Maleic Anhydride to γ-Butyrolactone over Cu-CeO2-Al2O3 Catalyst at Atmospheric Pressure: Effects of the Residual Sodium and Water in the Catalyst Precursor. J. Mol. Catal. A: Chem. 2014, 395, 392-397. 20. Zhang, Y.; Zhao, L. L.; Zhang, H. X.; Li, H. T.; Liu, P. P.; Ge, Y. Y.; Zhao, Y. X. Effect of Support on Catalytic Performance of Nickel-based Catalysts Used for Liquid Phase Hydrogenation of Maleic Anhydride. CIESC J. 2015, 66, 2505-2513. 21. Liao, X.; Zhang, Y.; Hill, M.; Xia, X.; Zhao, Y. X.; Jiang, Z. Highly Efficient Ni/CeO2 Catalyst for the Liquid Phase Hydrogenation of Maleic Anhydride. Appl. Catal. A: Gen. 2014, 488, 256-264. 22. Liao, X.; Zhang, Y.; Guo, J. Q.; Zhao, L. L.; Hill, M.; Jiang, Z.; Zhao, Y. X. The Catalytic Hydrogenation of Maleic Anhydride on CeO2-δ-Supported Transition Metal Catalysts. Catalysts. 2017, 7, 272-287.

ACS Paragon Plus Environment

The Journal of Physical Chemistry 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

23.

Li, J.; Tian, W. P.; Shi, L. Hydrogenation of Maleic Anhydride to Succinic Anhydride over Ni/HY-Al2O3. Ind. Eng. Chem. Res. 2010, 49, 11837-11840.

24. Huo, W. T.; Zhang, C. L.; Yuan, H. J.; Jia, M. J.; Ning, C. L.; Tang, Y.; Zhang, Y.; Luo, J. H.; Wang, Z. L.; Zhang, W. X. Vapor-phase Selective Hydrogenation of Maleic Anhydride over Ni/TiO2 Catalysts. J. Ind. Eng. Chem. 2014, 20, 41404145. 25. Meyer, C. I.; Regenhardt, S. A.; Bertone, M. E.; Marchi, A. J.; Garetto, T. F. Gas-phase Maleic Anhydride Hydrogenation over Ni/SiO2-Al2O3 Catalysts: Effect of Metal Loading. Catal. Lett. 2013, 143, 1067-1073. 26.

Cui, J. L.; Tan, J. J.; Zhu,Y. L.; Cheng, F. Q. Aqueous Hydrogenation of Levulinic Acid to 1,4-Pentanediol over MoModified Ru/Activated CarbonCatalyst,ChemSusChem 2018, 11, 1-6.

27. Zhang, C. X.; Yue, H. R.; Huang, Z. Q.; Li, S. R.; Wu, G. W.; Ma, X. B.; Gong, J. L. Hydrogen Production via Steam Reforming of Ethanol on Phyllosilicate-Derived Ni/SiO2: Enhanced Metal-Support Interaction and Catalytic Stability. ACS Sustainable Chem. Eng. 2013, 1, 161-173. 28. Yang, F. F.; Wang, H.; Han, J. Y.; Ge, Q. F.; Zhu, X. L. Enhanced Selective Deoxygenation of m-cresol to Toluene on Ni/SiO2 Catalysts Derived from Nickel Phyllosilicate. Catal. Today. 2018. 29. Yan, L.; Liu, X. X.; Deng, J.; Fu,Y. Molybdenum Modified Nickel Phyllosilicates as a High Performance Bifunctional Catalyst for Deoxygenation of Methyl Palmitate to Alkanes under Mild Conditions. Green Chem. 2017, 19, 4600-4609. 30.

Ashok, J.; Bian, Z.; Wang, Z.; Kawi, S. Ni-phyllosilicate Structure Derived Ni-SiO2-MgO Catalysts for Bi-reforming Applications: Acidity, Basicity and Thermal Stability. Catal. Sci. Technol. 2018, 8, 1730-1742.

31. Gong, J. L.; Yue, H. R.; Zhao, Y. J.; Zhao, S.; Zhao, L.; Lv, J.; Wang, S. P.; Ma, X. B. Synthesis of Enthanol via Syngas on Cu/SiO2 Catalysts with Balanced Cu0-Cu+ Sites. J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 13922-13925. 32.

Kermarec, M.; Carriat, J. Y.; Burattin, P.; Che, M. FTIR Indentification of the Supported Phase Produced in the Preparation of Silica-Supported Nickel Catalysts. J. Phys. Chem. 1994, 98, 12008-12017.

33. Kong, X.; Zhu, Y. F.; Zheng, H.Y.; Li, X.Q.; Zhu, Y.L.; Li, Y. W. Ni Nanoparticles Inlaid Nickel Phyllosilicate as a Metal-Acid Bifunctional Catalyst for Low-Temperature Hydrogenolysis Reactions. ACS Catal. 2015, 5, 5914-5920. 34.

Page 10 of 11

in Partially Reduced Nickel-Containing Phyllosilicate Catalysts. ChemCatChem. 2016, 8, 1308-1318. 37. Wu, T.; Zhang, Q.; Cai, W. Y.; Zhang, P.; Song, X. F.; Sun, Z.; Gao, L. Phyllosilicate Evolved Hierarchical Ni- and CuNi/SiO2 Nanocomposites for Methane Dry Reforming Catalysis. Appl.Catal. A: Gen. 2015, 503, 94-102. 38. Sivaiah, M. V.; Petit, S.; Barrault, J.; Batiot-Dupeyrat, C.; Valange, S. CO2 Reforming of CH4 over Ni-containing Phyllosilicates as Catalyst Precursors. Catal. Today. 2010, 157, 397-403. 39.

Layman, K. A.; Ivey, M. M.; Hemminger, J. C. Pyridine Adsorption and Acid/Base Complex Formation on Ultrathin Films of γ-Al2O3 on NiAl(100). J. Phys. Chem. B. 2003, 107, 8538-8546.

40. Yuan, Q.; Yin, A. X.; Luo, C.; Sun, L. D.; Zhang, Y. W.; Duan, W. T.; Liu, H. C.; Yan, C. H. Facile Synthesis for Ordered Mesoporous γ-Aluminas with High Thermal Stability. J. Am. Chem.Soc. 2008, 130, 3465-3472. 41. Das, S.; Ashok, J.; Bian, Z.; Dewangan, N.; Wai, M. H.; Du, Y.; Borgna, A.; Hidajat, K.; Kawi, S. Silica-Ceriia Sandwiched Ni Core-shell Catalyst for Low Temperature Dry Reforming of Biogas: Coke Resistance and Mechanistic Insight. Appl.Catal. B: Environ. 2018, 230, 220-236. 42. Zhao, X. L.; Wang, Y.; Wu, H. Y.; Fang, L. C.; Liang, J. J.; Fan, Q. H.; Li, P. Insights into the Effect of Humic Acid on Ni(II) Sorption Mechanism on Illite: Batch, XPS and EXAFS Investigations. J. Mol. Liq. 2017, 248, 1030-1038. 43.

Lehmann, T.; Wolff, T.; Hamel, C.; Veit, P.; Garke, B.; Seidel-Morgenstern A. Physico-chemical Characterization of Ni/MCM-41 Synthesized by a Template Ion Exchange Approach. Micropor. Mesopor. Mat. 2012, 151, 113-125.

44. Li, Z. W.; Jiang, B.; Wang, Z. G.; Kawi, S. High Carbon Resistant Ni@Ni Phyllosilicate@SiO2 Core Shell Hollow Sphere Catalysts for Low Temperature CH4 Dry Reforming. J. CO2 Util. 2018, 27, 238-246. 45. Sawhill, S. J.; Layman, K. A.; Van Wyk, D. R.; Engelhard, M. H.; Wang, C.; Bussell, M. E. Thiophene Hydrodesulfurization over Nickel Phosphide Catalysts: Effect of the Precursor Composition and Support. J. Catal. 2005, 231, 300-313. 46. Wang, Y.; Shen, Y. L.; Zhao, Y. J.; Lv, J. Wang, S. P.; Ma, X. B. Insight into the Balancing Effect of Active Cu Species for Hydrogenation of Carbon-Oxygen Bonds. ACS Catal. 2015, 5, 6200-6208.

Ashok, J.; Kathiraser, Y.; Ang, M. L.; Kawi, S. Ni and/or NiCu Alloys Supported over SiO2 Catalysts Synthesized via Phyllosilicate Structures for Steam Reforming of Biomass tar Reaction. Catal. Sci. Technol. 2015, 5, 4398-4409.

35. Park, J. C.; Lee, H. J.; Bang, J. U.; Park, K. H.; Song, H. Chemical Transformation and Morphology Change of NickelSilica Hybrid Nanostructures via Nickel Phyllosilicates. Chem. Commun. 2009, 47, 7345-7347. 36. Ashok, J.; Ang, M. L.; Terence, P. Z. L.; Kawi, S. Promotion of the Water-Gas-Shift Reaction by Nickel Hydroxyl Species

ACS Paragon Plus Environment

Page 11 of 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

The Journal of Physical Chemistry TOC Graphic 

 

ACS Paragon Plus Environment