Boosting Catalysis of Pd Nanoparticles in MOFs by Pore Wall Engineering: The Roles of Electron Transfer and Adsorption Energy

催化作用 金属有机骨架 材料科学 电子转移 密度泛函理论 吸附 纳米颗粒 金属 纳米技术 化学工程 无机化学 光化学 物理化学 化学 有机化学 计算化学 工程类 冶金
作者
Dongxiao Chen,Weijie Yang,Long Jiao,Luyan Li,Shu‐Hong Yu,Hai‐Long Jiang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (30) 被引量:190
标识
DOI:10.1002/adma.202000041
摘要

The chemical environment of metal nanoparticles (NPs) possesses significant influence on their catalytic performance yet is far from being well understood. Herein, tiny Pd NPs are encapsulated into the pore space of metal-organic frameworks (MOFs), UiO-66-X (X = H, OMe, NH2 , 2OH, 2OH(Hf)), affording Pd@UiO-66-X composites. The surface microenvironment of the Pd NPs is readily modulated by pore wall engineering, via the functional group and metal substitution in the MOFs. Consequently, the catalytic activity of Pd@UiO-66-X follows the order of Pd@UiO-66-OH > Pd@UiO-66-2OH(Hf) > Pd@UiO-66-NH2 > Pd@UiO-66-OMe > Pd@UiO-66-H toward the hydrogenation of benzoic acid. It is found that the activity difference is not only ascribed to the distinct charge transfer between Pd and the MOF, but is also explained by the discriminated substrate adsorption energy of Pd@UiO-66-X (-OH < -2OH(Hf) < -NH2 < -OMe < -H), based on CO-diffuse reflectance infrared Fourier transform spectra and density-functional theory (DFT) calculations. The Pd@UiO-66-OH, featuring a high Pd electronic state and moderate adsorption energy, displays the highest activity. This work highlights the influence of the surface microenvironment of guest metal NPs, the catalytic activity of which is dominated by electron transfer and the adsorption energy, via the systematic substitution of metal and functional groups in host MOFs.
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