Cation-Exchange Induced Precise Regulation of Single Copper Site Triggers Room-Temperature Oxidation of Benzene

化学 催化作用 金属 选择性 退火(玻璃) 硫黄 羟基化 化学工程 无机化学 纳米技术 有机化学 冶金 材料科学 工程类
作者
Huang Zhou,Yafei Zhao,Jie Gan,Jie Xu,Ying Wang,Hongwei Lv,Shi Fang,Zhiyuan Wang,Ziliang Deng,Xiaoqian Wang,Peigen Liu,Wenxin Guo,Boyang Mao,Huijuan Wang,Tao Yao,Xun Hong,Shiqiang Wei,Xuezhi Duan,Jun Luo,Yuen Wu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (29): 12643-12650 被引量:132
标识
DOI:10.1021/jacs.0c03415
摘要

The controllable synthesis of stable single-metal site catalysts with an expected coordination environment for high catalytic activity and selectivity is still challenging. Here, we propose a cation-exchange strategy for precise production of an edge-rich sulfur (S) and nitrogen (N) dual-decorated single-metal (M) site catalysts (M = Cu, Pt, Pd, etc.) library. Our strategy relies on the anionic frameworks of sulfides and N-rich polymer shell to generate abundant S and N defects during high-temperature annealing, further facilitating the stabilization of exchanged metal species with atomic dispersion and excellent accessibility. This process was traced by in situ transmission electron microscopy, during which no metal aggregates were observed. Both experiments and theoretical results reveal the precisely obtained S, N dual-decorated Cu sites exhibit a high activity and low reaction energy barrier in catalytic hydroxylation of benzene at room temperature. These findings provide a route to controllably produce stable single-metal site catalysts and an engineering approach for regulating the central metal to improve catalytic performance.

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