Molecular Mechanism for Converting Carbon Dioxide Surrounding Water Microdroplets Containing 1,2,3-Triazole to Formic Acid

化学 甲酸 二氧化碳 分子内力 反应机理 质子 分子动力学 电子转移 氢键 分子 光化学 计算化学 有机化学 立体化学 催化作用 物理 量子力学
作者
Ke Gong,Yifan Meng,Richard N. Zare,Jing Xie
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (12): 8576-8584 被引量:37
标识
DOI:10.1021/jacs.4c00529
摘要

Spraying water microdroplets containing 1,2,3-triazole (Tz) has been found to effectively convert gas-phase carbon dioxide (CO2), but not predissolved CO2, into formic acid (FA). Herein, we elucidate the reaction mechanism at the molecular level through quantum chemistry calculations and ab initio molecular dynamics (AIMD) simulations. Computations suggest a multistep reaction mechanism that initiates from the adsorption of CO2 by Tz to form a CO2-Tz complex (named reactant complex (RC)). Then, the RC either is reduced by electrons that were generated at the air-liquid interface of the water microdroplet and then undergoes intramolecular proton transfer (PT) or switches the reduction and PT steps to form a [HCO2-(Tz-H)]- complex (named PC-). Subsequently, PC- undergoes reduction and the C-N bond dissociates to generate COOH- and [Tz-H]- (m/z = 69). COOH- easily converts to HCOOH and is captured at m/z = 45 in mass spectroscopy. Notably, the intramolecular PT step can be significantly lowered by the oriented electric field at the interface and a water-bridge mechanism. The mechanism is further confirmed by testing multiple azoles. The AIMD simulations reveal a novel proton transfer mechanism where water serves as a transporter and is shown to play an important role dynamically. Moreover, the transient •COOH captured by the experiment is proposed to be partly formed by the reaction with H•, pointing again to the importance of the air-water interface. This work provides valuable insight into the important mechanistic, kinetic, and dynamic features of converting gas-phase CO2 to valuable products by azoles or amines dissolved in water microdroplets.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
跳跳豆完成签到,获得积分10
刚刚
1秒前
姚奕如完成签到 ,获得积分10
2秒前
2秒前
Function完成签到,获得积分10
2秒前
3秒前
May完成签到 ,获得积分10
3秒前
CodeCraft应助又要有采纳,获得10
3秒前
4秒前
李加油完成签到,获得积分10
4秒前
yuwene发布了新的文献求助10
5秒前
yang完成签到,获得积分20
5秒前
yy发布了新的文献求助10
5秒前
诗雾澍完成签到,获得积分10
6秒前
7秒前
8秒前
科研通AI6.4应助ltx采纳,获得10
9秒前
打打应助麦可采纳,获得10
9秒前
务实南烟发布了新的文献求助10
9秒前
yuwene完成签到,获得积分20
10秒前
11秒前
12秒前
砍柴少年发布了新的文献求助10
12秒前
12秒前
星辰大海应助权归尘采纳,获得10
13秒前
13秒前
13秒前
1851611453发布了新的文献求助10
13秒前
Olliahhh完成签到,获得积分10
14秒前
YovoY发布了新的文献求助10
15秒前
文斯发布了新的文献求助10
15秒前
迷你的金鱼完成签到,获得积分10
16秒前
16秒前
芒草lx发布了新的文献求助10
16秒前
wang完成签到,获得积分10
16秒前
崔伟发布了新的文献求助10
17秒前
17秒前
huang完成签到,获得积分10
18秒前
xubee完成签到,获得积分10
18秒前
18秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Principles of town planning: translating concepts to applications 1000
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
核安全综合知识2024版 500
Photothermal Science and Techniques 500
Essentials of Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 4th Edition 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7718047
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9272396
关于积分的说明 20090717
捐赠科研通 7294187
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3299240
关于科研通互助平台的介绍 2453209
邀请新用户注册赠送积分活动 2306656