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Interplay of Electronic and Steric Effects to Yield Low‐Temperature CO Oxidation at Metal Single Sites in Defect‐Engineered HKUST‐1

Wang, Weijia 1; Sharapa, Dmitry I. ORCID iD icon 2; Chandresh, Abhinav 1; Nefedov, Alexei 1; Heißler, Stefan 1; Heinke, Lars 1; Studt, Felix 2; Wang, Yuemin ORCID iD icon 1; Wöll, Christof 1
1 Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Katalyseforschung und -technologie (IKFT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

In contrast to catalytically active metal single atoms deposited on oxide nanoparticles, the crystalline nature of metal‐organic frameworks (MOFs) allows for a thorough characterization of reaction mechanisms. Using defect‐free HKUST‐1 MOF thin films, we demonstrate that Cu+/Cu2+ dimer defects, created in a controlled fashion by reducing the pristine Cu2+/Cu2+ pairs of the intact framework, account for the high catalytic activity in low‐temperature CO oxidation. Combining advanced IR spectroscopy and density functional theory we propose a new reaction mechanism where the key intermediate is an uncharged O2 species, weakly bound to Cu+/Cu2+. Our results reveal a complex interplay between electronic and steric effects at defect sites in MOFs and provide important guidelines for tailoring and exploiting the catalytic activity of single metal atom sites.

Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG)
Institut für Katalyseforschung und -technologie (IKFT)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsdatum 22.06.2020
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 1433-7851, 1521-3773
KITopen-ID: 1000118931
HGF-Programm 43.22.02 (POF III, LK 01) Nanocatalysis
Erschienen in Angewandte Chemie / International edition
Verlag John Wiley and Sons
Band 59
Heft 26
Seiten 10514-10518
Vorab online veröffentlicht am 17.04.2020
Nachgewiesen in Web of Science
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Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000118931
Veröffentlicht am 05.05.2020
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1002/anie.202000385
Scopus
Zitationen: 81
Web of Science
Zitationen: 80
Dimensions
Zitationen: 88
Seitenaufrufe: 194
seit 06.05.2020
Downloads: 249
seit 09.07.2020
Cover der Publikation
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