Unveiling the Remarkable Stability and Catalytic Activity of a 6-Electron Superatomic Ag30 Nanocluster for CO2 Electroreduction

化学 催化作用 结晶学 三聚体 价(化学) 价电子 金属 同音 化学物理 计算化学 电子 二聚体 有机化学 物理 量子力学
作者
Liangjun Li,Yuting Luo,Yi-Qi Tian,Pu Wang,Xiao‐Yi Yi,Jun Yan,Yong Pei,Chao Liu
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:62 (35): 14377-14384 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.3c02083
摘要

Nanocluster catalysts face a significant challenge in striking the right balance between stability and catalytic activity. Here, we present a thiacalix[4]arene-protected 6-electron [Ag30(TC4A)4(iPrS)8] nanocluster that demonstrates both high stability and catalytic activity. The Ag30 nanocluster features a metallic core, Ag104+, consisting of two Ag3 triangles and one Ag4 square, shielded by four {Ag5@(TC4A)4} staple motifs. Based on DFT calculations, the Ag104+ metallic kernel can be viewed as a trimer comprising 2-electron superatomic units, exhibiting a valence electron structure similar to that of the Be3 molecule. Notably, this is the first crystallographic evidence of the trimerization of 2-electron superatomic units. Ag30 can reduce CO2 into CO with a Faraday efficiency of 93.4% at -0.9 V versus RHE along with excellent long-term stability. Its catalytic activity is far superior to that of the chain-like AgI polymer ∞1{[H2Ag5(TC4A)(iPrS)3]} (∞1Agn), with the composition similar to Ag30. DFT calculations elucidated the catalytic mechanism to clarify the contrasting catalytic performances of the Ag30 and ∞1Agn polymers and disclosed that the intrinsically higher activity of Ag30 may be due to the greater stability of the dual adsorption mode of the *COOH intermediate on the metallic core.
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