Free Valence Electron Centralization Strategy for Preparing Ultrastable Nanoclusters and Their Catalytic Application

纳米团簇 化学 价(化学) X射线光电子能谱 价电子 化学物理 催化作用 结晶学 纳米技术 电子 化学工程 材料科学 物理 有机化学 量子力学 工程类
作者
Xi Kang,Hadi Abroshan,Shuxin Wang,Manzhou Zhu
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:58 (16): 11000-11009 被引量:61
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.9b01545
摘要

Metal nanoclusters have attracted extensive interests owing to their atomically precise structures as well as intriguing properties. However, silver nanoclusters are not as stable as their gold counterparts, impeding the practical applications of Ag nanoclusters. In this work, a strategy of free valence electron centralization was exploited to render parent Ag nanoclusters highly stable. The stability of Ag29(SSR)12(PPh3)4 (SSR: benzene-1,3-dithiol) was controllably enhanced by stepwisely alloying the Ag29 nanocluster to Ag17Cu12(SSR)12(PPh3)4 and Au1Ag16Cu12(SSR)12(PPh3)4. Specifically, the trimetallic Au1Ag16Cu12 is ultrastable even at 175 °C, which is close to the nanocluster decomposition temperature. The structures of Ag17Cu12 and Au1Ag16Cu12 nanoclusters are determined by single-crystal X-ray diffraction. Furthermore, a combination of X-ray photoelectron spectroscopy measurements and density functional theory calculations demonstrates that the enhanced stability is induced by the centralization of the free valence electrons to the interior of the nanocluster. More importantly, the Au1Ag16Cu12 enables the multicomponent A3 coupling reaction at high temperatures, which remarkably shortens the catalytic reaction time from ∼5 h to 3 min. Overall, this work presents a strategy for enhancing the thermal stability of nanoclusters via centralizing the free valence electrons to the nanocluster kernels.

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