The role of halogens in Au–S bond cleavage for energy-differentiated catalysis at the single-bond limit

催化作用 劈理(地质) 键裂 卤素 化学 极限(数学) 卤键 键能 单一债券 材料科学 有机化学 分子 数学 烷基 数学分析 断裂(地质) 复合材料
作者
Peihui Li,Songjun Hou,Qingqing Wu,Yijian Chen,Baoyi Wang,Haiyang Ren,Jinying Wang,Zhaoyi Zhai,Zhongbo Yu,Colin J. Lambert,Chuancheng Jia,Xuefeng Guo
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:4
标识
DOI:10.1038/s41467-023-43639-8
摘要

Abstract The transformation from one compound to another involves the breaking and formation of chemical bonds at the single-bond level, especially during catalytic reactions that are of great significance in broad fields such as energy conversion, environmental science, life science and chemical synthesis. The study of the reaction process at the single-bond limit is the key to understanding the catalytic reaction mechanism and further rationally designing catalysts. Here, we develop a method to monitor the catalytic process from the perspective of the single-bond energy using high-resolution scanning tunneling microscopy single-molecule junctions. Experimental and theoretical studies consistently reveal that the attack of a halogen atom on an Au atom can reduce the breaking energy of Au−S bonds, thereby accelerating the bond cleavage reaction and shortening the plateau length during the single-molecule junction breaking. Furthermore, the distinction in catalytic activity between different halogen atoms can be compared as well. This study establishes the intrinsic relationship among the reaction activation energy, the chemical bond breaking energy and the single-molecule junction breaking process, strengthening our mastery of catalytic reactions towards precise chemistry.

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