Manipulating micro-electric field and coordination-saturated site configuration boosted activity and safety of frustrated single-atom Cu/O Lewis pair for acetylene hydrochlorination

乙炔 化学 催化作用 路易斯酸 乙酰化物 烯丙基重排 沮丧的刘易斯对 光化学 离解(化学) 无机化学 物理化学 有机化学
作者
Junchen Peng,Di Dong,Zongyuan Wang,Hong Yang,Dongyang Qiao,Qinqin Wang,Wei Sun,Minmin Liu,Jiajun Wang,Mingyuan Zhu,Bin Dai,Fei He,Chaofeng Huang
出处
期刊:Nano Research [Springer Nature]
卷期号:16 (7): 9039-9049 被引量:6
标识
DOI:10.1007/s12274-023-5681-3
摘要

Simultaneously boosting acetylene hydrochlorination activity and avoiding formation of explosive copper acetylide over Cu-based catalyst, which represented a promising alternative to Hg-based and noble metal catalysts, remained challenging. Herein, we fabricated a frustrated single-atom Cu/O Lewis pair catalyst (Cu/O-FLP) by coupling epoxide group (C-O-C) with atom-dispersed Cu-cis-N2C2Cl center to address this challenge. The basic epoxy site modulated the electron-deficient state of Lewis-acidic Cu center and paired with the Cu-cis-N2C2Cl moiety to preferentially break HCl into different electronegative Cu-Clδ− and C-O-Hδ+ intermediates, which further induced both an extra localized electric field to polarize acetylene and a upshift of the d-band center of catalyst, thereby promoting adsorption and enrichment of acetylene by enhancing the dipolar interaction between acetylene and active intermediates. Moreover, the generated Cu-Clδ− and C-O-Hδ+ drastically reduced the energy barrier of rate-limiting step and made vinyl chloride easier to desorb from the Lewis-basic oxygen-atom site rather than traditional Lewis-acidic Cu center. These superiorities ensured a higher activity of Cu/O-FLP compared with its counterparts. Meanwhile, preferential dissociation of HCl endowed single-atom Cu with the coordination-saturated configuration, which impeded formation of explosive copper acetylide by avoiding the direct interaction between Cu and acetylene, ensuring the intrinsic safety during catalysis.
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