Regulating Second-Shell Coordination in Cobalt Single-Atom Catalysts toward Highly Selective Hydrogenation

催化作用 材料科学 Atom(片上系统) 壳体(结构) 光化学 结晶学 纳米技术 化学工程 化学 冶金 有机化学 复合材料 计算机科学 工程类 嵌入式系统
作者
Yunxia Duan,Yongming Xia,Yuxuan Ling,Shijie Zhou,Xuehui Liu,Yinghui Lan,Xiong Yin,Yusen Yang,Xiaoying Yan,Minghui Liang,Song Hong,Lipeng Zhang,Leyu Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (32): 21326-21335 被引量:33
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c05637
摘要

Manipulating the local coordination environment of central metal atoms in single-atom catalysts (SACs) is a powerful strategy to exploit efficient SACs with optimal electronic structures for various applications. Herein, Co-SACs featured by Co single atoms with coordinating S atoms in the second shell dispersed in a nitrogen-doped carbon matrix have been developed toward the selective hydrogenation of halo-nitrobenzene. The location of the S atom in the model Co-SAC is verified through synchrotron-based X-ray absorption spectroscopy and theoretical calculations. The resultant Co-SACs containing second-coordination shell S atoms demonstrate excellent activity and outstanding durability for selective hydrogenation, superior to most precious metal-based catalysts. In situ characterizations and theoretical results verify that high activity and selectivity are attributed to the advantageous formation of the Co-O bond between p-chloronitrobenzene and Co atom at Co1N4-S moieties and the lower free energy and energy barriers of the reaction. Our findings unveil the correlation between the performance and second-shell coordination atom of SACs.
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