Copper integrative catalytic pairs with mixed-valence Cu2+-Cu3+ Species for selective alkyne conversion

催化作用 化学 炔烃 原子轨道 组合化学 机制(生物学) 乙炔 联轴节(管道) 分子轨道 计算化学 反应机理 金属 转化(遗传学) 纳米技术 催化循环 立体化学 密度泛函理论 甲烷氧化偶联 化学物理
作者
Yuxue Yue,Mingde Yu,Zhangyi Yao,Guangzong Fang,Bolin Wang,Saisai Wang,Chunxiao Jin,Renqin Chang,Tulai Sun,Zhiyan Pan,Yihan Zhu,Feng Ryan Wang,X. G. Li,Jia Zhao
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 9600-9600 被引量:6
标识
DOI:10.1038/s41467-025-64639-w
摘要

Achieving specific orbital activation of C ≡ C by controlling the precise atomic architecture of supported metals is crucial for the selective transformation of alkynes. However, its physical mechanism remains a subject of debate. Herein, we construct a well-defined O-bridged CuN3-O-CuN3 integrative catalytic pairs (Cu ICPs) based on Kirkendall effect. As a result, Cu ICPs with mixed Cu2+-Cu3+ species demonstrate >99% conversion and >550 h stability in acetylene hydrochlorination (simulated industrial reaction conditions), showcasing unparalleled performance in the liquid-phase hydrochlorination of five alkynes as well. A combined experimental and theoretical analyses reveal selective coupling between the dxz/dyz orbitals of Cu ICPs and the σ orbitals of C ≡ C in C2H2, leading to the formation of highly reactive di-σ-HC = CH intermediate. Additionally, the presence of the bridged-O species promotes HCl dissociation, altering the addition pathway from the classical Eley-Rideal (E-R) mechanism to a Cl•-trigged Langmuir-Hinshelwood (L-H) mechanism, ultimately reducing the intrinsic energy barrier for addition, and breaking the universal standard electrode potential linear scaling relations.
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