Rational Design of Zr-Mofs Pyrolyzed to Pinpoint Rate-Directing Stage and Catalytic Functions of Surface Acidic Species in Homolytic H2o2 Scission

均分解 键裂 热解 催化作用 合理设计 化学 阶段(地层学) 有机化学 激进的 材料科学 生物 纳米技术 古生物学
作者
Minsung Kim,Jinseon Park,Sang Hoon Kim,Jung‐Hyun Lee,Keunhong Jeong,Jong‐Sik Kim
出处
期刊:Social Science Research Network [Social Science Electronic Publishing]
标识
DOI:10.2139/ssrn.4019112
摘要

Homolytic/heterolytic H2O2 scissions are central in producing •OH used to fragment aqueous contaminants. However, homolytic H2O2 cleavage is under-explored in kinetic/mechanistic/energetic aspects. This study designed/synthesized/pyrolyzed UiO-66 and its analogues functionalized with -NH2/-SO3H(UiO-66-NH2/UiO-66-SO3H) to generate ZrO2 poly-crystallites on N/S-doped carbon catalysts via pyrolysis(CUiO-66/CUiO-66-NH2/CUiO-66-SO3H). The catalyst surfaces provided distinct concentrations of Lewis basic N and/or S dopants, which donated electrons to adjacent Brönsted acidic(-OH; BA) and Lewis acidic Zr4+(LA) species dissimilarly, leading to vary Brönsted/Lewis acidic strengths(EBA/ELA) and areas(SBA/SLA) for the catalysts. CUiO-66 revealed the largest ELA and smallest EBA, which are proper to distort H2O2 geometry endothermically, whereas CUiO-66-SO3H exhibited the smallest ELA and largest EBA, wherein EBA only is amicable to desorb •OH endothermically, while leaving the other elementary stages exothermic. Kinetic assessments/DFT calculations of the catalysts unveiled that energy barrier(EBARRIER) was the smallest in CUiO-66-SO3H. This substantiated •OH desorption was the rate-directing stage along with the vitality of strong EBA in lowering EBARRIER. Meanwhile, pre-factor was the largest in CUiO-66 with the greatest SLA, which corroborated the significance of large SLA in escalating collision frequency among Zr4+ and H2O2/•OH. This study poses the necessity of tuning EBA and SLA for elevating •OH productivity via homolytic H2O2 dissection.

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