隣接するsp-ハイブリッド化された炭素は,CuO/Graphdiyneのサブナノクラスターのインターフェイスで分子酸素活性化に参加しました
Chuanqi Pan1, Chenyang Wang1, Xinya Zhao1
1Key Laboratory of Pesticide & Chemical Biology of Ministry of Education, Institute of Environmental and Applied Chemistry, College of Chemistry, Central China Normal University, Wuhan 430079, P. R. China.
Journal of the American Chemical Society
|March 9, 2022
まとめ
分子酸素活性化のための高活性な触媒は,グラフダインのsp-ハイブリッド化された炭素を用いて開発された. この突破により 低温での一酸化炭素の 効率的な酸化が可能になり 酸化過程の触媒が進歩しました
科学分野:
- 材料科学
- カタリシス
- 表面化学
背景:
- 分子酸素 (O2) の活性化は多くの酸化反応に不可欠である.
- O2活性化のための効率的で安定した触媒の開発は,産業用アプリケーションにとって極めて重要です.
- 独特の sp-ハイブリッド化された炭素構造を持つグラフダインは,新しい触媒特性を有する可能性を秘めています.
研究 の 目的:
- 分子酸素活性化のための高度な活性触媒を開発するための電子ドナーとして,グラフダインのsp-ハイブリッド化された炭素の使用を調査する.
- 炭素一酸化物 (CO) 酸化のための CuO/グラフジンのサブナノクラスターの触媒性能を調査する.
- CuO/グラフダインのインターフェイスにおけるO2活性化とCO酸化のメカニズムを解明する.
主な方法:
- CuO/グラフジンのサブナノクラスターの合成
- CO酸化のための触媒活動の評価
- インサイト分散反射赤外線フーリエ変換スペクトロスコーピー (in situ DRIFTS).
- 密度関数理論 (DFT) の計算
主要な成果:
- CuO/グラフダインのサブナノクラスターは,約133°Cで50%のCOを変換する優れたCO酸化活性を示した.
- この活性度はCuO/グラフェンとCuO/活性炭の触媒よりもかなり高い.
- DFTとin situ DRIFTSは,隣接するsp-ハイブリッド化された炭素部位がエネルギーバリアなしで急速な炭素解離を促進することを確認しました.
- CO酸化反応は,Eley-Rideal (E-R) メカニズムを通じ,低エネルギーバリアは0.20 eVである.
結論:
- グラフジンのsp-ハイブリッド化されたCC三重結合は,分子酸素活性化を高める効果的な電子ドナーとして作用する.
- 隣接する sp-ハイブリッド化された C と Cu サイトを特徴とする CuO / graphdiyne のサブナノクラスターのインターフェースは,ブリッジングモードでの効率的な O2 アクティベーションの鍵です.
- Graphdiyneベースの材料は,O2活性化の効率を大幅に改善し,低温酸化プロセスのための道を開きます.
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