It is suggested that there may be several effects contributing to the special catalytic properties of supported nanosized gold particles, and that it is useful to order them in a hierarchy. The most important effect is related to the availability of many low-coordinated gold atoms on the small particles. Effects related to the interaction with the support may also contribute, but to a considerably smaller extent. We base the analysis on a new set of experimental results comparing the CO oxidation rates over gold supported on different reducible and nonreducible oxides, on an analysis of a large number of published activity data, and on an analysis of density-functional calculations of the effect of metal coordination numbers in comparison to the role of charge transfer, layer thickness, and interactions with the support.

Through an interplay between scanning tunneling microscopy experiments and density functional theory calculations, we determine unambiguously the active surface site responsible for the dissociation of water molecules adsorbed on rutile TiO(2)(110). Oxygen vacancies in the surface layer are shown to dissociate H(2)O through the transfer of one proton to a nearby oxygen atom, forming two hydroxyl groups for every vacancy. The amount of water dissociation is limited by the density of oxygen vacancies present on the clean surface exclusively. The dissociation process sets in as soon as molecular water is able to diffuse to the active site.

Abstract We report the preparation and hydrogenation performance of a single‐site palladium catalyst that was obtained by the anchoring of Pd atoms into the cavities of mesoporous polymeric graphitic carbon nitride. The characterization of the material confirmed the atomic dispersion of the palladium phase throughout the sample. The catalyst was applied for three‐phase hydrogenations of alkynes and nitroarenes in a continuous‐flow reactor, showing its high activity and product selectivity in comparison with benchmark catalysts based on nanoparticles. Density functional theory calculations provided fundamental insights into the material structure and attributed the high catalyst activity and selectivity to the facile hydrogen activation and hydrocarbon adsorption on atomically dispersed Pd sites.

Gold is usually considered very noble. It does not oxidize, and the surface of gold cannot adsorb most molecules from the gas phase. Yet it has been found that nanometer size gold particles on different oxide supports can act as catalysts even at or below room temperature. We present self-consistent density functional calculations showing that even an isolated Au10 cluster should be able to catalyze the CO oxidation reaction even below room temperature. We use the calculations to analyze the origin of this effect and suggest that the extraordinary reactivity can be traced back to special reaction geometries available at small particles in combination with an enhanced ability of low coordinated gold atoms to interact with molecules from the surroundings.

The electrocatalytic reduction of carbon dioxide is widely studied for the sustainable production of fuels and chemicals. Metal ions in the electrolyte influence the reaction performance, although their main role is under discussion. Here we studied CO2 reduction on gold electrodes through cyclic voltammetry and showed that, without a metal cation, the reaction does not take place in a pure 1 mM H2SO4 electrolyte. We further investigated the CO2 reduction with and without metal cations in solution using scanning electrochemical microscopy in the surface-generation tip-collection mode with a platinum ultramicroelectrode as a CO and H2 sensor. CO is only produced on gold, silver or copper if a metal cation is added to the electrolyte. Density functional theory simulations confirmed that partially desolvated metal cations stabilize the CO2– intermediate via a short-range electrostatic interaction, which enables its reduction. Overall, our results redefine the reaction mechanism and provide definitive evidence that positively charged species from the electrolyte are key to stabilize the crucial reaction intermediate. Metal cations present in the electrolyte are known to influence the performance in CO2 electroreduction, but their specific role remains under discussion. Now, it is shown that the reaction can only take place in the presence of such cations, which are required to stabilize negatively charged reaction intermediates.

Palladium-catalysed cross-coupling reactions, central tools in fine-chemical synthesis, predominantly employ soluble metal complexes despite recognized challenges with product purification and catalyst reusability1–3. Attempts to tether these homogeneous catalysts on insoluble carriers have been thwarted by suboptimal stability, which leads to a progressively worsening performance due to metal leaching or clustering4. The alternative application of supported Pd nanoparticles has faced limitations because of insufficient activity under the mild conditions required to avoid thermal degradation of the substrates or products. Single-atom heterogeneous catalysts lie at the frontier5–18. Here, we show that the Pd atoms anchored on exfoliated graphitic carbon nitride (Pd-ECN) capture the advantages of both worlds, as they comprise a solid catalyst that matches the high chemoselectivity and broad functional group tolerance of state-of-the-art homogeneous catalysts for Suzuki couplings, and also demonstrate a robust stability in flow. The adaptive coordination environment within the macroheterocycles of ECN facilitates each catalytic step. The findings illustrate the exciting opportunities presented by nanostructuring single atoms in solid hosts for catalytic processes that remain difficult to heterogenize. Palladium atoms hosted in exfoliated graphitic carbon nitride display improved activity, selectivity and stability compared to state-of-the-art homogeneous and heterogeneous catalysts for Suzuki coupling reactions.

Industrially profitable water splitting is one of the great challenges in the development of a viable and sustainable hydrogen economy. Alkaline electrolysers using Earth-abundant catalysts remain the most economically viable route to electrolytic hydrogen, but improved efficiency is desirable. Recently, electron spin polarization was described as a potential way to improve water-splitting catalysis. Here, we report the significant enhancement of alkaline water electrolysis when a moderate magnetic field (≤450 mT) is applied to the anode. Current density increments above 100% (over 100 mA cm−2) were found for highly magnetic electrocatalysts, such as the mixed oxide NiZnFe4Ox. Magnetic enhancement works even for decorated Ni–foam electrodes with very high current densities, improving their intrinsic activity by about 40% to reach over 1 A cm−2 at low overpotentials. Thanks to its simplicity, our discovery opens opportunities for implementing magnetic enhancement in water splitting. Some of the best electrocatalysts for the oxygen evolution reaction in alkaline electrolysers are based on oxides of nickel and iron. Here, the authors demonstrate that the water oxidation performance of such catalysts can be enhanced by application of a magnetic field from a permanent magnet.

Abstract Wir beschreiben die Herstellung und das Hydrierungsverhalten eines Einzelatom‐Palladiumkatalysators, geschaffen durch die Verankerung von Pd‐Atomen in den Mesoporen eines graphitischen Kohlenstoffnitridpolymers. Die Analyse des Materials bestätigt die atomare Dispersion der Palladium‐Phase über die komplette Probe. Gegenüber nanopartikelbasierten Vergleichskatalysatoren zeigte sich die hohe Aktivität und Selektivität deutlich bei Anwendung in der kontinuierlichen Drei‐Phasen‐Hydrierung von Alkinen und Nitroarenen in einem Durchflussreaktor. Dichtefunktionalrechnungen ermöglichten die Erarbeitung fundamentaler Erkenntnisse betreffend Materialstruktur und erlaubten, die hohe katalytische Aktivität und Selektivität auf die einfache Wasserstoffaktivierung und Kohlenwasserstoffadsorption auf den atomar verteilten Pd‐Strukturen zurückzuführen.

We present the ioChem-BD platform (www.iochem-bd.org) as a multiheaded tool aimed to manage large volumes of quantum chemistry results from a diverse group of already common simulation packages. The platform has an extensible structure. The key modules managing the main tasks are to (i) upload of output files from common computational chemistry packages, (ii) extract meaningful data from the results, and (iii) generate output summaries in user-friendly formats. A heavy use of the Chemical Mark-up Language (CML) is made in the intermediate files used by ioChem-BD. From them and using XSL techniques, we manipulate and transform such chemical data sets to fulfill researchers' needs in the form of HTML5 reports, supporting information, and other research media.

Angewandte Chemie International EditionVolume 44, Issue 12 p. 1824-1826 Communication CO Oxidation on Rutile-Supported Au Nanoparticles† Ioannis N. Remediakis Dr., Ioannis N. Remediakis Dr. [email protected] Center for Atomic-Scale Materials Physics, Department of Physics, Technical University of Denmark, 2800 Lyngby, Denmark, Fax: (+45) 4593-2399Search for more papers by this authorNuria Lopez Dr., Nuria Lopez Dr. Departament de Quimica Fisica, Universitat de Barcelona, C/Marti i Franques 1, 08028 Barcelona, SpainSearch for more papers by this authorJens K. Nørskov Prof. Dr., Jens K. Nørskov Prof. Dr. Center for Atomic-Scale Materials Physics, Department of Physics, Technical University of Denmark, 2800 Lyngby, Denmark, Fax: (+45) 4593-2399Search for more papers by this author Ioannis N. Remediakis Dr., Ioannis N. Remediakis Dr. [email protected] Center for Atomic-Scale Materials Physics, Department of Physics, Technical University of Denmark, 2800 Lyngby, Denmark, Fax: (+45) 4593-2399Search for more papers by this authorNuria Lopez Dr., Nuria Lopez Dr. Departament de Quimica Fisica, Universitat de Barcelona, C/Marti i Franques 1, 08028 Barcelona, SpainSearch for more papers by this authorJens K. Nørskov Prof. Dr., Jens K. Nørskov Prof. Dr. Center for Atomic-Scale Materials Physics, Department of Physics, Technical University of Denmark, 2800 Lyngby, Denmark, Fax: (+45) 4593-2399Search for more papers by this author First published: 08 March 2005 https://doi.org/10.1002/anie.200461699Citations: 364 † We acknowledge support from the Danish Center for Scientific Computing through grant no. HDW-1101-05. N.L. acknowledges MCyT for financing her work through the RyC program. Read the full textAboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Share a linkShare onFacebookTwitterLinkedInRedditWechat Graphical Abstract What makes inert gold active? The answer lies in controlling the structure of Au particles at the nanoscale: Either many interface sites or many low-coordinate Au atoms need to be present in the particles. This principle is demonstrated by modeling the oxidation of CO on a rutile (TiO2)-supported Au nanocluster, the transition state of which does not involve the titania support (see picture: Au yellow, Ti light gray, C dark gray, O red). Citing Literature Volume44, Issue12March 11, 2005Pages 1824-1826 RelatedInformation