Inter‐Site Distance Engineering of Heteronuclear Pd─Cu Atomic Sites Enables High‐Efficiency Cross‐Coupling Reactions Through Atomic‐Scale Locking Pockets

异核分子 原子单位 材料科学 联轴节(管道) 比例(比率) 原子半径 化学物理 纳米技术 核磁共振 冶金 物理 核磁共振波谱 量子力学
作者
Wenqiang Sun,Yanli Tang,Huimin Dong,Tian Sheng,Zhihe Xiao,Zongxue Yin,Yueguang Chen,Leyu Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (49) 被引量:6
标识
DOI:10.1002/adfm.202508858
摘要

Abstract Precision engineering of intermetallic spacing and electronic synergy in heteronuclear dual‐atom catalysts (DACs) remains a pivotal challenge. Herein, the synthesis of a nitrogen‐doped hollow carbon‐supported Pd─Cu DAC is reported via a polymer‐mediated confinement strategy, achieving sub‐3 Å Pd─Cu spacing. This atomic‐scale proximity, stabilized by 2N‐bridged heteronuclear pairs, supports a charge asymmetry configuration, which enables cooperative catalysis of reactants within active pockets, thereby enhancing the Sonogashira coupling reaction performance. Specifically, electron‐rich Pd activates C─X bonds (X═I, Br, Cl) via optimized electronic structure, while electron‐deficient Cu centers stabilize alkynyl intermediates, effectively suppressing byproducts. The Pd─Cu/NC demonstrates exceptional performance, achieving high selectivity and 94% yield at a turnover frequency of 889 h⁻¹, with ultralow Pd usage (2 ppm). This significantly outperforms long‐distance Pd/Cu single‐atom catalysts (79% yield) and inactive PdCu alloys. Operando spectroscopy and theoretical calculations confirm that fast intermediate transfer between Pd─Cu sites reduces the energy barriers for C─C coupling compared to isolated Pd site systems. The active locking architectures of intimate Pd─Cu sites ensure ligand‐free operation, excellent durability, and broad substrate scope, including bromo‐/chloroarenes, which are challenging in traditional heterogeneous catalysis. This work highlights atomic‐level distance engineering as a key strategy for enhancing site cooperativity efficiency.
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