Promoting C–F bond activation via proton donor for CF 4 decomposition

催化作用 分解 化学 质子化 质子 氢键 红外光谱学 红外线的 物理化学 光化学 结晶学 计算化学 分子 有机化学 离子 物理 量子力学 光学
作者
Yingkang Chen,Wen-Gang Qu,Luo Tao,Hang Zhang,Junwei Fu,Hongmei Li,Changxu Liu,Dengsong Zhang,Min Liu
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:120 (52) 被引量:5
标识
DOI:10.1073/pnas.2312480120
摘要

Tetrafluoromethane (CF 4 ), the simplest perfluorocarbons, is a permanently potent greenhouse gas due to its powerful infrared radiation adsorption capacity. The highly symmetric and robust C–F bond structure makes its activation a great challenge. Herein, we presented an innovated approach that efficiently activates C–F bond utilizing protonated sulfate (–HSO 4 ) modified Al 2 O 3 @ZrO 2 (S-Al 2 O 3 @ZrO 2 ) catalyst, resulting in highly efficient CF 4 decomposition. By combining in situ infrared spectroscopy tests and density function theory simulations, we demonstrate that the introduced –HSO 4 proton donor has a stronger interaction on the C–F bond than the hydroxyl (–OH) proton donor, which can effectively stretch the C–F bond for its activation. Consequently, the obtained S-Al 2 O 3 @ZrO 2 catalyst achieved a stable 100% CF 4 decomposition at a record low temperature of 580 °C with a turnover frequency value of ~8.3 times higher than the Al 2 O 3 @ZrO 2 catalyst without –HSO 4 modification, outperforming the previously reported results. This work paves a new way for achieving efficient C–F bond activation to decompose CF 4 at a low temperature.
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