Oxidative Grafting for Catalyst Synthesis in Surface Organometallic Chemistry

催化作用 X射线吸收光谱法 氧化态 材料科学 无机化学 氧化物 化学 光化学 吸收光谱法 有机化学 量子力学 物理
作者
Jacklyn N. Hall,Alon Chapovetsky,Uddhav Kanbur,Yu Lim Kim,Katherine E. McCullough,Zoha H. Syed,Christopher Johnson,Magali Ferrandon,Cong Liu,A. Jeremy Kropf,Massimiliano Delferro,David M. Kaphan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (46): 53498-53514 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.3c12656
摘要

The development of new methods of catalyst synthesis with the potential to generate active site structures orthogonal to those accessible by traditional protocols is of great importance for discovering new materials for addressing challenges in the evolving energy and chemical economy. In this work, the generality of oxidative grafting of organometallic and well-defined molecular metal precursors onto redox-active surfaces such as manganese dioxide (MnO2) and lithium manganese oxide (LiMn2O4) is investigated. Nine molecular metal precursors are explored, spanning groups 4-11 and each of the three periods of the transition metal series. The byproducts of the oxidative grafting reaction, a mixture of protodemetalation and ligand homocoupling for several organometallic precursors, was found to provide insights into the mechanism of the grafting reaction, suggesting oxidation of both the metal d-orbitals, as well as the metal-carbon σ-bonds, resulting in ejection of the ligand radical fragment. Analysis of the supported structures and oxidation state by X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) suggests that several of the chemisorbed metal ions are intercalated into interstitial vacancies of the surface structure while other complexes form intact molecular fragments on the surface. Proof of concept for the use of this metalation protocol to generate diverse, metal-dependent catalytic performance is demonstrated by the application of these materials in the conversion of cyclohexane to K/A oil (cyclohexanol and cyclohexanone) with tert-butyl hydroperoxide, as well as in the low-temperature (T ≤ 50 °C) oxidation of carbon monoxide to carbon dioxide.

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