Evidence of bifunctionality of carbons and metal atoms in catalyzed acetylene hydrochlorination

乙炔 催化作用 氯乙烯 金属 碳纤维 光化学 化学 材料科学 无机化学 有机化学 共聚物 复合数 复合材料 聚合物
作者
Vera Giulimondi,Andrea Ruiz‐Ferrando,Georgios Giannakakis,Ivan Surin,Mikhail Agrachev,Gunnar Jeschke,Frank Krumeich,Núria López,Adam H. Clark,Javier Pérez‐Ramírez
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1): 5557-5557 被引量:42
标识
DOI:10.1038/s41467-023-41344-0
摘要

Carbon supports are ubiquitous components of heterogeneous catalysts for acetylene hydrochlorination to vinyl chloride, from commercial mercury-based systems to more sustainable metal single-atom alternatives. Their potential co-catalytic role has long been postulated but never unequivocally demonstrated. Herein, we evidence the bifunctionality of carbons and metal sites in the acetylene hydrochlorination catalytic cycle. Combining operando X-ray absorption spectroscopy with other spectroscopic and kinetic analyses, we monitor the structure of single metal atoms (Pt, Au, Ru) and carbon supports (activated, non-activated, and nitrogen-doped) from catalyst synthesis, using various procedures, to operation at different conditions. Metal atoms exclusively activate hydrogen chloride, while metal-neighboring sites in the support bind acetylene. Resolving the coordination environment of working metal atoms guides theoretical simulations in proposing potential binding sites for acetylene in the support and a viable reaction profile. Expanding from single-atom to ensemble catalysis, these results reinforce the importance of optimizing both metal and support components to leverage the distinct functions of each for advancing catalyst design.
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