化学所JACS: GDY负载Cu2O纳米团簇中亦具有氧化物-载体强电子相互作用

负载型催化剂中的界面相互作用对于多相催化催化剂具有重要意义，因为它可以诱导电荷转移、调节活性中心的电子结构，以及影响反应物的吸附行为，并最终影响催化剂的性能。相比于金属/氧化物和氧化物/金属反转催化剂，由于传统碳材料的惰性，碳载体催化剂很少被研究。石墨二炔(GDY)是一种碳同素异形体，具有高度π-π共轭和电子转移能力。特别是GDY独特的富炔结构使其成为用于锚定具有强d-π相互作用的金属和氧化物理想的载体。

近日，中科院化学研究所曹昌燕、宋卫国和何峰等以石墨炔负载的氧化亚铜纳米簇催化剂(Cu₂O NC/GDY)为例，证明了它们之间的强电子相互作用，并提出了一种氧化物-石墨炔强电子相互作用新概念。

根据实验结果，研究人员发现电子通过特定的界面Cu-(sp)C键从Cu₂O NC转移到GDY，这与电子氧化物/金属强相互作用中的金属-氧化物电荷转移相反。这种氧化物-石墨二炔的电子强相互作用能够稳定低氧化态的Cu₂O纳米粒子，使得其不会在环境条件下发生聚集和氧化。此外，氧化物-石墨二炔的强电子相互作用改变了Cu₂O纳米粒子的电子结构，优化了反应物或中间体的吸附能，从而提高了其催化活性。

研究人员进行了苯乙炔与叠氮苄在60 °C下的环加成反应，评估了Cu₂O NC/GDY在乙腈和水混合溶剂中的催化性能。在没有任何催化剂或只有GDY的情况下，没有检测到任何产品；加入一定量的Cu₂O NC/GDY后，1-苄基-4-苯基-1H-1,2,3-三唑的产率线性增加，并在6.5小时内达到100%。并且其在回收过程中表现出良好的稳定性，经过五个周期后，转化率略有下降，这可以归因于Cu₂O NC的轻微聚集。

此外，催化剂在每个循环的分离过程中的轻微损失可能是催化剂活性下降的另一个原因。这些结果表明，Cu₂O NCs/GDY是叠氮炔环加成反应的优良活性和稳定性催化剂，这与Cu₂O NCs与GDY之间的强电子相互作用有关。

Electronic Oxide–Support Strong Interactions in the Graphdiyne-Supported Cuprous Oxide Nanocluster Catalyst. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.2c10976

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化学所JACS: GDY负载Cu2O纳米团簇中亦具有氧化物-载体强电子相互作用

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