Hollow mesoporous atomically dispersed metal-nitrogen-carbon catalysts with enhanced diffusion for catalysis involving larger molecules

催化作用 介孔材料 材料科学 纳米技术 扩散 化学工程 碳纤维 化学 有机化学 复合数 热力学 物理 工程类 复合材料
作者
Xu Han,Tianyu Zhang,Xinhe Wang,Zedong Zhang,Yaping Li,Yongji Qin,Bingqing Wang,Aijuan Han,Junfeng Liu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:100
标识
DOI:10.1038/s41467-022-30520-3
摘要

Single-atom catalysts (SACs) show great promise in various applications due to their maximal atom utilization efficiency. However, the controlled synthesis of SACs with appropriate porous structures remains a challenge that must be overcome to address the diffusion issues in catalysis. Resolving these diffusion issues has become increasingly important because the intrinsic activity of the catalysts is dramatically improved by spatially isolated single-atom sites. Herein, we develop a facile topo-conversion strategy for fabricating hollow mesoporous metal-nitrogen-carbon SACs with enhanced diffusion for catalysis. Several hollow mesoporous metal-nitrogen-carbon SACs, including Co, Ni, Mn and Cu, are successfully fabricated by this strategy. Taking hollow mesoporous cobalt-nitrogen-carbon SACs as a proof-of-concept, diffusion and kinetic experiments demonstrate the enhanced diffusion of hollow mesoporous structures compared to the solid ones, which alleviates the bottleneck of poor mass transport in catalysis, especially involving larger molecules. Impressively, the combination of superior intrinsic activity from Co-N4 sites and the enhanced diffusion from the hollow mesoporous nanoarchitecture significantly improves the catalytic performance of the oxidative coupling of aniline and its derivatives.
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