Kopparjoner är komplexbundna med grafdiynmonomeren (HEB) för att bilda koppar-alkynkomplex. Under monomerkopplingsprocessen reduceras kopparjoner och förankras av grafdiyn. Kredit:Science China Press
För enatomskatalysatorer (SAC) är katalysatorstöden inte bara ankare för enstaka atomer, utan också modulatorer för geometriska och elektroniska strukturer, vilket har en viktig inverkan på den katalytiska prestandan. Att välja ett lämpligt stöd för att förbereda SAC med enhetliga koordinationsmiljöer är avgörande för att uppnå optimal prestanda och klargöra förhållandet mellan strukturen och egenskaperna hos SAC.
Graphdiyne (GDY), en ny tvådimensionell periodisk kolallotrop med ett atomtjockt lager, som först syntetiserades av Prof. Yuliang Li i ICCAS, Kina, är sammansatt av sp-hybridiserade kolatomer i diacetylenic och sp 2 -hybridiserade kolatomer i bensenringar. Den unika alkynrika strukturen hos GDY gör den till ett idealiskt stöd för förankring av enskilda atomer på grund av de likformigt fördelade porerna och stora bindningsenergier till metallatomer via den starka d-π-interaktionen. Genom att dra fördel av ovanstående karaktäriseringar av GDY presenterar Dr Changyan Cao och Dr Feng He från ICCAS en effektiv och enkel strategi för att tillverka enkla Cu-atomer förankrade på GDY (Cu1 /GDY) med enhetlig Cu1 -(sp)C4 enstaka platser under milda förhållanden.
Genom att använda synkrotronstrålningsröntgenabsorptionsspektroskopi, röntgenfotoelektronspektroskopi och beräkning av densitetsfunktionsteori (DFT) bevisas det att Cu δ + (0 <δ <1) atomer är förankrade på GDY i Cu1 -(sp)C4 samordningsmiljö. Cu1 /GDY visade utmärkt katalytisk prestanda för bensenoxidation till fenol med användning av H2 O2 . Den beräknade omsättningsfrekvensen (TOF) är cirka 251 h − 1 vid rumstemperatur och 1889 h − 1 vid 60 °C, vilket är betydligt högre än tidigare rapporterade katalysatorer under samma reaktionsbetingelser.
Dessutom, även med en hög bensenomvandling på 86 %, bibehålls hög fenolselektivitet (96 %), vilket kan tillskrivas den hydrofoba och oleofila ytkaraktären hos Cu1 /GDY för bensenadsorption och fenoldesorption. Synkrotronröntgenabsorptionsspektroskopi, Fouriertransform infraröd absorptionsspektroskopi och densitetsfunktionsteori visar att Cu1 -C4 aktiv webbplats kan mer effektivt aktivera H2 O2 att bilda Cu=O-bindning, som är en viktig aktiv mellanprodukt för oxidation av bensen till fenol. Den inneboende högre aktiviteten hos Cu1 /GDY jämfört med andra Cu SAC med kvävekoordinationsstrukturer förtydligas av DFT-beräkningar av Cu-3d-bandcentrum.
Detta arbete presenterar inte bara en effektiv väg för tillverkning av GDY-stödda metall-SAC:er med enhetlig metall-C4 centrerar, men tillhandahåller också en lovande bensenhydroxyleringskatalysator för fenolproduktion med H2 O2 .
a) Cu K-kant XANES-spektra av Cu1 /GDY och referensprover; b) Fouriertransformerad (FT) k3-vägd χ(k)-funktion av EXAFS-spektra för Cu K-kant; c) Kurvor för omvandling och selektivitet mot reaktionstid för Cu1 /GDY för bensenoxidation till fenol med H2 O2; d) TOF-jämförelse av Cu1 /GDY och andra metall-SAC. Kredit:Science China Press
Forskningen publicerades i National Science Review . + Utforska vidare
