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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. 2; Chandresh, Abhinav 1; Nefedov, Alexei 1; Heißler, Stefan 1; Heinke, Lars 1; Studt, Felix 2; Wang, Yuemin 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$^{+}$/Cu$^{2+}$ dimer defects, created in a controlled fashion by reducing the pristine Cu2$^{+}$/Cu$^{2+}$ 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 O$_{2}$ species, weakly bound to Cu$^{+}$/Cu$^{2+}$. 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.


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000118931
Veröffentlicht am 05.05.2020
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1002/anie.202000385
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Zitationen: 37
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Dimensions
Zitationen: 39
Cover der Publikation
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 Dimensions
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