Surface functionalization: an efficient alternative for promoting the catalytic activity of closed shell gold clusters‡

文献情報

出版日 2020-09-21
DOI 10.1039/D0CP01918F
インパクトファクター 3.676
著者

Manzoor Ahmad Dar


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要旨

Surface functionalization through adsorption of ligands or non-metal atoms is considered to be an interesting and viable approach for tuning the physicochemical properties of gold clusters. Highly stable and magic numbered electronic configurations of thiolate protected gold clusters such as Au25(SR)18, Au38(SR)24etc. with intriguing properties are the direct manifestation of the rich chemistry of the Au–S interface. The present investigation discerns the CO oxidation activity of structurally well characterized sulphur functionalized gold cluster anions AumS4−, m = 6–10. To establish an in-depth understanding, their activities are analyzed and compared with the corresponding pristine gold clusters. It is seen that sulphur functionalization irrespective of a closed or open shell nature leads to a significant decrease in the O2 adsorption energies on the anionic gold clusters. However, in sharp contrast to O2 adsorption, surface functionalization gives rise to multifarious catalytic behavior in AumS4− clusters with catalytic activity ranging from low (for Au6S4−, Au8S4−) to moderate (for Au9S4−, Au10S4−) to very high (for Au7S4−) for CO oxidation. It is interesting to note that the closed shell Au7S4− and Au9S4− clusters with poor O2 adsorption show remarkably low activation barriers and enhanced catalytic activity as compared to the open shell AumS4− clusters with an odd number of electrons. In particular, in the case of Au7S4− the lowest activation energy barriers of 0.01 and 0.21 eV are obtained, making the CO oxidation reaction facile. Moreover, ab initio molecular dynamics are performed to confirm the enhanced catalytic behaviour of Au7S4− and its dynamical stability during the desorption of CO2 molecule from its surface.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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