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结构-功能联络与自旋驱动的催化机理研讨获发展

发表时间: 2023-12-25 作者: 合作客户

  近来,华南师范大学化学学院教授刘江/兰亚乾团队在光催化范畴取得重要研讨发展。相关效果发表于《美国化学会志》。

  论文通讯作者刘江标明,光催化技能能够将可再生光能转化为化学能,是缓解能源危机与环境污染的一大有效途径。光催化技能未来走向工业使用的要害点在于规划组成出廉价易得且高效可循环的光催化剂,对此,清楚催化剂结构-功能联络能协助研讨者自下而上地规划方针催化剂,具有极端重大意义。关于金属基催化剂,电子自旋是其固有的物理特点,改动金属自旋态能够从能级与电子结构层面调控催化剂的催化行为,但自旋驱动的内涵催化机制仍有待研讨。

  “构筑适宜的模型催化剂系统有助于清晰催化进程中自旋态与催化功能间的联络,然后取得自旋相关的内涵催化机理。”论文榜首作者、华南师范大学与南边科技大学联培博士后黄国璋标明,自旋相关催化机理研讨的要害难点在于:一是,在不改动催化剂金属中心配位结构或价态的情况下准确操控金属自旋态极具挑战性;二是,金属活性位点的电子结构与自旋态在底物吸赞同脱附进程的改动会添加构效联络剖析的难度。自旋穿插资料能够战胜上述难点,是抱负的自旋模型催化剂系统。

  基于此,研讨人员使用吡嗪配体与四氰合铂离子构筑组成了系列三维霍夫曼结构资料并将其用于光催化产过氧化氢及后续的烯烃氧化串联反响研讨傍边。研讨标明,当金属中心为低自旋二价铁时,能完结光催化产过氧化氢全反响;而当金属中心为高自旋二价铁或二价钴时,仅能完结其间的半反响。经过对照试验与原位电子顺磁共振测验显现,光催化过氧化氢的生成经由两步两电子氧复原与水氧化反响进程。结合原位程序升温吸附测验与密度泛函核算标明,低自旋状态下,催化剂具有更明显的金属间电荷转移、更强的底物吸附才能及更低的氧复原反响与水氧化反响活化能,这是完成催化剂自旋态动态改变开关光催化产过氧化氢全反响的要害因素。

  论文通讯作者兰亚乾标明,该研讨工作创始性地使用自旋态开关光催化反响,为自旋相关的结构-功能联络与自旋驱动的催化机理研讨供给了潜在的模型催化剂系统。

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