挫折驱动效率

IF 42.8 1区化学 Q1 CHEMISTRY, PHYSICAL

Nature Catalysis Pub Date : 2024-07-26 DOI:10.1038/s41929-024-01202-8

Chenyu Wang

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摘要

表面受阻路易斯对是路易斯酸和路易斯碱在材料表面紧密结合形成的独特催化位点。由于它们具有同时接受和提供电子的集体能力，从而促进了键的断裂和形成，因此这些对在加速催化转化方面特别有效。研究小组合成了一系列同构 B 位取代的 LaMn1-xCuxO3 包晶催化剂。值得注意的是，在 LaMn1-xCuxO3 中用 Cu(II) 部分取代 Mn(IV) 增加了 Mn(III) 位点的比例，并导致氧空位和表面羟基的出现。这种氧的非全度性为表面受挫路易斯对的形成提供了必要的氧化还原活性路易斯酸（Mn(IV)/Mn(III)）和路易斯碱（O(-II) 和 OH(-I)）位点。在所有催化剂中，LaMn0.9Cu0.1O3 的光催化活性最高，乙烯生产率达到 1.1 mmol g-1 h-1，乙烷转化率达到 4.9%。为了阐明反应途径和表面受阻的路易斯对在促进 C-H 活化中的作用，研究人员利用原位漫反射红外傅立叶变换光谱、固态魔角旋转质子核磁共振和密度泛函理论建模，对乙烷吸附行为和 Mn-H 键的形成进行了探测。在第一个 C-H 活化阶段，乙烷中的氢与路易斯碱的氧或氢氧化物位点结合，形成 Mn-OH 或 Mn-OH2（如图）。同时，在路易斯酸位点形成 Mn-C2H5。在第二步中，锚定乙基的 β-氢进一步被 Mn 位点激活，生成 Mn-H 物种，然后乙烯解吸，活性位点再生。在光照下，假设光生电子和空穴分别定位于路易斯酸和路易斯碱位点。这种定位增强了反应物与活性位点之间的相互作用，从而将活化障碍降至最低。此外，与其他光热过程一样，辐照产生的局部热量会进一步加速反应。这项研究有力地证明了表面受挫路易斯对工程策略在开发高效光催化剂以活化稳定分子方面的适用性。

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期刊介绍： Nature Catalysis serves as a platform for researchers across chemistry and related fields, focusing on homogeneous catalysis, heterogeneous catalysis, and biocatalysts, encompassing both fundamental and applied studies. With a particular emphasis on advancing sustainable industries and processes, the journal provides comprehensive coverage of catalysis research, appealing to scientists, engineers, and researchers in academia and industry. Maintaining the high standards of the Nature brand, Nature Catalysis boasts a dedicated team of professional editors, rigorous peer-review processes, and swift publication times, ensuring editorial independence and quality. The journal publishes work spanning heterogeneous catalysis, homogeneous catalysis, and biocatalysis, covering areas such as catalytic synthesis, mechanisms, characterization, computational studies, nanoparticle catalysis, electrocatalysis, photocatalysis, environmental catalysis, asymmetric catalysis, and various forms of organocatalysis.