Evolution of Zn(II) single atom catalyst sites during the pyrolysis-induced transformation of ZIF-8 to N-doped carbons

催化作用 咪唑酯 热解 沸石咪唑盐骨架 卟啉 结晶学 化学 Atom(片上系统) 兴奋剂 无机化学 材料科学 金属有机骨架 物理化学 光化学 有机化学 光电子学 吸附 计算机科学 嵌入式系统
作者
Qing Wang,Toshiaki Ina,Wan‐Ting Chen,Lu Shang,Fanfei Sun,Shanghai Wei,Dongxiao Sun‐Waterhouse,Shane G. Telfer,Tierui Zhang,Geoffrey I. N. Waterhouse
出处
期刊:Science Bulletin [Elsevier BV]
卷期号:65 (20): 1743-1751 被引量:236
标识
DOI:10.1016/j.scib.2020.06.020
摘要

The pyrolysis of zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs) is becoming a popular approach for the synthesis of catalysts comprising porphyrin-like metal single atom catalysts (SACs) on N-doped carbons (M-N-C). Understanding the structural evolution of M-N-C as a function of ZIF pyrolysis temperature is important for realizing high performance catalysts. Herein, we report a detailed investigation of the evolution of Zn single atom catalyst sites during the pyrolysis of ZIF-8 at temperatures ranging from 500 to 900 °C. Results from Zn L-edge and Zn K-edge X-ray absorption spectroscopy studies reveal that tetrahedral ZnN4 centers in ZIF-8 transform to porphyrin-like ZnN4 centers supported on N-doped carbon at temperatures as low as 600 °C. As the pyrolysis temperature increased in the range 600-900 °C, the Zn atoms moved closer to the N4 coordination plane. This subtle geometry change in the ZnN4 sites alters the electron density on the Zn atoms (formally Zn2+), strongly impacting the catalytic performance for the peroxidase-like decomposition of H2O2. The catalyst obtained at 800 °C (Zn-N-C-800) offered the best performance for H2O2 decomposition. This work provides valuable new insights about the evolution of porphyrin-like single metal sites on N-doped carbons from ZIF precursors and the factors influencing SAC activity.
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