JACS：Al2O3具有较强催化CF4分解性能的机理

JACS：Al2O3具有较强催化CF4分解性能的机理

四氟甲烷（CF4）是结构最简单的“永久性化合物”，对环境造成巨大的影响，对健康具有威胁，而且加剧温室效应。设计能够分解CF4的催化剂仍然非常困难，这是因为对CF4分解机理的认识缺乏。               

有鉴于此，中南大学刘敏教授、弗林德斯大学Michelle L. Coote等报道通过从头算分子动力学（cAIMD）理论计算和原位实验，揭示Al2O3催化CF4分解的机理，发现了表面羟基的重要作用。           

本文要点：

1）在CF4分解催化反应中，打破首个C-F化学键是决速步骤，而且表面羟基导致反应的自由能从1.69 eV降低至1.34 eV。这些表面羟基官能团能够促进分解催化反应过程中形成的氧空穴进行自动修复。           

与通常人们认为CF4分解直接转化为CO2不同，作者通过cAIMD计算模拟并且通过同步辐射真空紫外光离子质谱表征的结果，说明反应中的CF2O和CO副产物。在无水环境中得到的实验数据表明水分子主要补充表面羟基，而不是参与CF4分子分解。         

2）作者推测Al2O3催化剂具有较高的CF4分解性能的原因包括：(1) 具有强CF4亲和性的活性位点，能够保证反应物分子的强相互作用；(2) 合适的金属-氧化学键强度，使得晶格氧能够参与反应；(3) 表面羟基的密度较高，能够促进切断C-F化学键以及氧空穴的自动修复。    

参考文献

Tao Luo, Hang Zhang, Yingkang Chen, Shanyong Chen, Yang Pan, Kang Liu, Junwei Fu, Liyuan Chai, Zhang Lin, Michelle L. Coote*, and Min Liu*, Unveiling Tetrafluoromethane Decomposition over Alumina Catalysts, J. Am. Chem. Soc.2024

DOI: 10.1021/jacs.4c06154

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c06154

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