Published November 24, 2023
| Version v1
Publication
Open
The role of halogens in Au–S bond cleavage for energy-differentiated catalysis at the single-bond limit
Creators
- 1. Nankai University
- 2. Lancaster University
- 3. Beijing National Laboratory for Molecular Sciences
- 4. Peking University
Description
Abstract The transformation from one compound to another involves the breaking and formation of chemical bonds at the single-bond level, especially during catalytic reactions that are of great significance in broad fields such as energy conversion, environmental science, life science and chemical synthesis. The study of the reaction process at the single-bond limit is the key to understanding the catalytic reaction mechanism and further rationally designing catalysts. Here, we develop a method to monitor the catalytic process from the perspective of the single-bond energy using high-resolution scanning tunneling microscopy single-molecule junctions. Experimental and theoretical studies consistently reveal that the attack of a halogen atom on an Au atom can reduce the breaking energy of Au−S bonds, thereby accelerating the bond cleavage reaction and shortening the plateau length during the single-molecule junction breaking. Furthermore, the distinction in catalytic activity between different halogen atoms can be compared as well. This study establishes the intrinsic relationship among the reaction activation energy, the chemical bond breaking energy and the single-molecule junction breaking process, strengthening our mastery of catalytic reactions towards precise chemistry.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يتضمن التحول من مركب إلى آخر كسر وتكوين روابط كيميائية على مستوى الرابطة الواحدة، خاصة أثناء التفاعلات الحفازة ذات الأهمية الكبيرة في مجالات واسعة مثل تحويل الطاقة والعلوم البيئية وعلوم الحياة والتوليف الكيميائي. إن دراسة عملية التفاعل عند حد الرابطة الواحدة هي المفتاح لفهم آلية التفاعل التحفيزي ومواصلة تصميم المحفزات بعقلانية. هنا، نطور طريقة لمراقبة العملية الحفازة من منظور الطاقة أحادية الرابطة باستخدام تقاطعات مجهرية عالية الدقة للمسح النفقي أحادية الجزيء. تكشف الدراسات التجريبية والنظرية باستمرار أن هجوم ذرة الهالوجين على ذرة الاتحاد الأفريقي يمكن أن يقلل من طاقة كسر روابط الاتحاد الأفريقي، وبالتالي تسريع تفاعل انشقاق الرابطة وتقصير طول الهضبة أثناء كسر وصلة جزيء واحد. علاوة على ذلك، يمكن مقارنة التمييز في النشاط التحفيزي بين ذرات الهالوجين المختلفة أيضًا. تحدد هذه الدراسة العلاقة الجوهرية بين طاقة تنشيط التفاعل وطاقة كسر الرابطة الكيميائية وعملية كسر الوصلة أحادية الجزيء، مما يعزز إتقاننا للتفاعلات الحفازة نحو الكيمياء الدقيقة.Translated Description (French)
Résumé La transformation d'un composé en un autre implique la rupture et la formation de liaisons chimiques au niveau de la liaison unique, en particulier lors de réactions catalytiques qui revêtent une grande importance dans de vastes domaines tels que la conversion d'énergie, les sciences de l'environnement, les sciences de la vie et la synthèse chimique. L'étude du processus de réaction à la limite de liaison unique est la clé pour comprendre le mécanisme de réaction catalytique et concevoir plus rationnellement les catalyseurs. Ici, nous développons une méthode pour surveiller le processus catalytique du point de vue de l'énergie à liaison unique en utilisant des jonctions monomoléculaires de microscopie à effet tunnel à balayage haute résolution. Des études expérimentales et théoriques révèlent systématiquement que l'attaque d'un atome d'halogène sur un atome d'Au peut réduire l'énergie de rupture des liaisons Au-S, accélérant ainsi la réaction de clivage des liaisons et raccourcissant la longueur du plateau lors de la rupture de la jonction monomoléculaire. En outre, la distinction de l'activité catalytique entre différents atomes d'halogène peut également être comparée. Cette étude établit la relation intrinsèque entre l'énergie d'activation de la réaction, l'énergie de rupture de la liaison chimique et le processus de rupture de la jonction monomoléculaire, renforçant notre maîtrise des réactions catalytiques vers une chimie précise.Translated Description (Spanish)
Resumen La transformación de un compuesto a otro implica la ruptura y formación de enlaces químicos a nivel de enlace único, especialmente durante las reacciones catalíticas que son de gran importancia en campos amplios como la conversión de energía, las ciencias ambientales, las ciencias de la vida y la síntesis química. El estudio del proceso de reacción en el límite de enlace único es la clave para comprender el mecanismo de reacción catalítica y diseñar más racionalmente los catalizadores. Aquí, desarrollamos un método para monitorear el proceso catalítico desde la perspectiva de la energía de enlace único utilizando uniones de molécula única de microscopía de túnel de barrido de alta resolución. Los estudios experimentales y teóricos revelan consistentemente que el ataque de un átomo de halógeno en un átomo de Au puede reducir la energía de ruptura de los enlaces Au-S, acelerando así la reacción de escisión del enlace y acortando la longitud de la meseta durante la ruptura de la unión de una sola molécula. Además, también se puede comparar la distinción en la actividad catalítica entre diferentes átomos de halógeno. Este estudio establece la relación intrínseca entre la energía de activación de la reacción, la energía de ruptura del enlace químico y el proceso de ruptura de la unión de una sola molécula, fortaleciendo nuestro dominio de las reacciones catalíticas hacia una química precisa.Files
s41467-023-43639-8.pdf.pdf
Files
(1.5 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:eda35d30835ea6ef93f1328c0f2f8a04
|
1.5 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- دور الهالوجينات في انشطار رابطة Au - S للتحفيز المتمايز للطاقة عند حد الرابطة الواحدة
- Translated title (French)
- Le rôle des halogènes dans le clivage des liaisons Au–S pour la catalyse différentiée en énergie à la limite de la liaison unique
- Translated title (Spanish)
- El papel de los halógenos en la escisión del enlace Au–S para la catálisis diferenciada por energía en el límite de enlace único
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4388973459
- DOI
- 10.1038/s41467-023-43639-8
References
- https://openalex.org/W1970127494
- https://openalex.org/W1981368803
- https://openalex.org/W1984180361
- https://openalex.org/W1996941025
- https://openalex.org/W2007395042
- https://openalex.org/W2018381210
- https://openalex.org/W2033471460
- https://openalex.org/W2050079819
- https://openalex.org/W2058595066
- https://openalex.org/W2062654399
- https://openalex.org/W2083222334
- https://openalex.org/W2101292319
- https://openalex.org/W2107834451
- https://openalex.org/W2138291629
- https://openalex.org/W2141704677
- https://openalex.org/W2153669193
- https://openalex.org/W2292472768
- https://openalex.org/W2333684662
- https://openalex.org/W2334545015
- https://openalex.org/W2573377826
- https://openalex.org/W2577611789
- https://openalex.org/W2596811900
- https://openalex.org/W2618832674
- https://openalex.org/W2790871781
- https://openalex.org/W2806671243
- https://openalex.org/W2913121738
- https://openalex.org/W2917604288
- https://openalex.org/W2935271152
- https://openalex.org/W2953060425
- https://openalex.org/W2972555163
- https://openalex.org/W2980691932
- https://openalex.org/W3006495527
- https://openalex.org/W3094329139
- https://openalex.org/W3102344271
- https://openalex.org/W3158284927
- https://openalex.org/W3176831639
- https://openalex.org/W3181002077
- https://openalex.org/W3194855739
- https://openalex.org/W3198011967
- https://openalex.org/W4213116465
- https://openalex.org/W4293149392
- https://openalex.org/W4308485616
- https://openalex.org/W4311141692
- https://openalex.org/W4312113956
- https://openalex.org/W4365143904
- https://openalex.org/W4367176505
- https://openalex.org/W4388973459