The Gigantic {Ni36Gd102} Hexagon: A Sulfate-Templated “Star-of-David” for Photocatalytic CO2 Reduction and Magnetic Cooling

化学 硫酸盐 光催化 还原(数学) 明星(博弈论) 催化作用 物理 有机化学 几何学 数学 天体物理学
作者
Wei-Peng Chen,Pei‐Qin Liao,Peng‐Bo Jin,Lei Zhang,Bo‐Kai Ling,Shi‐Cheng Wang,Yi‐Tsu Chan,Xiao‐Ming Chen,Yan‐Zhen Zheng
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (10): 4663-4670 被引量:120
标识
DOI:10.1021/jacs.9b11543
摘要

Gigantic coordination molecules assembled from a large number of metal ions and organic ligands are structurally and functionally challenging to characterize. Here we show that a heterometallic cluster [Ni36Gd102(OH)132(mmt)18(dmpa)18(H2dmpa)24(CH3COO)84(SO4)18(NO3)18(H2O)30]·Br6(NO3)6·(H2O)x·(CH3OH)y, (1, x ≈ 130, y ≈ 60), shaped like a "Star of David", can be synthesized using a "mixed-ligand" and "sulfate-template" strategy. In terms of metal nuclearity number, 1 is the second largest 3d-4f cluster to date. In the solid state, 1 is porous after removing the lattice guests. The N2 adsoption experiment reveals that the BET and Langmuir surface areas are 299.8 and 412.0 cm2 g-1, respectively. CO2 adsorption at 298 K gives the amount of 45 cm3 g-1 for 1. More importantly, 1 is soluble in common organic solvents and exhibits high solution stability revealed by high resolution MALDI-TOF mass spectroscopy, small-angle X-ray scattering (SAXS), and low-dose transmission electron microscopy. The solubility and the potential open metal sites owing to the labile coordinating components prompted us to investigate the photocatalytic properties of 1, which displays high selectivity and efficiency for reduction of CO2 to CO with turnover number and turnover frequency of 29700 and 1.2 s-1, respectively. These values are higher than most catalysts working under the same conditions, presumably due to the strong Ni-CO2 binding effect. In addition, the large percentage of Gd(III) in 1 leads to a large magnetic entropy change (41.3 J·kg-1·K-1) at 2.0 K for ΔH = 7 T.
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