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分級孔(尤其是中孔)的構建通常會形成大量具有高曲率的界面,而界面曲率對內在反應活性的影響卻尚未得到充分研究。基于此,華南理工大學李映偉教授和房瑞琪副教授(共同通訊作者)等人報道了通過先進的三維(3D)重構技術,在所合成的中孔催化劑(Cu/Ni-MNC-Tx,MNC=中孔氮摻雜碳)中識別出大量高曲率的界面。進一步證實,高曲率界面能促使附著金屬位點的d軌道能級發生非簡并分裂。
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測試發現,Cu/Ni-MNC-T60在糠醛加氫反應中表現出顯著降低的表觀活化能(從 102.7 kJ/mol降至52.8 kJ/mol),并顯著提高內在活性(降低60%的能量障礙)。密度泛函理論(DFT)計算表明,Cu/Ni-MNC-T60的豐富高曲率界面實現了糠醛在銅位點的平行吸附,且還促進了在Ni位點的H2分解。此外,在決定反應速率的步驟中,關鍵的*fur-CH2OH中間體的C-OH鍵不僅在靠近氧端表現出電子富集能力的減弱,而且其鍵長也變長,表明C-OH鍵得到有效的活化,加氫能壘也相應降低。這種促進機制的應用可行性還通過Cu/Ni-MNC-T60對多種醛類物質表現出的顯著加氫性能得到了進一步驗證。
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High-Curvature Interfaces Induce Nondegenerate Splitting of d-Orbital Energy Levels for Enhanced Catalytic Activity. J. Am. Chem. Soc.,2025, https://doi.org/10.1021/jacs.5c04321.
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