Design of Lewis Pair-Functionalized Metal Organic Frameworks for CO2 Hydrogenation

ACS Catalysis

Volumn 5, Issue 5, 2015, Pages 2921-2928

  Ye, Jingyun ^a   Johnson, J Karl ^a,b  

^a University of Pittsburgh   (United States)

^b NATIONAL ENERGY TECHNOLOGY LABORATORY   (United States)

Author keywords

catalytic reduction of CO2; density functional theory; Lewis acids; Lewis bases; metal free catalysis; UiO 66

Indexed keywords

CARBON DIOXIDE; CATALYSTS; CHEMISORPTION; CRYSTALLINE MATERIALS; DESIGN; ELECTRONIC STRUCTURE; FORMIC ACID; GREENHOUSE GASES; ORGANIC POLYMERS; ORGANOMETALLICS;

CATALYTIC REDUCTION; LEWIS ACID; LEWIS BASIS; METAL-FREE CATALYSIS; UIO-66;

DENSITY FUNCTIONAL THEORY;

EID: 84929484957     PISSN: None     EISSN: 21555435     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acscatal.5b00396     Document Type: Article

References (77)

1. Aresta, M.; Dibenedetto, A. Dalton Trans. 2007, 2975 - 2992 10.1039/b700658f
2. Olah, G. A.; Prakash, G. K. S.; Goeppert, A. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 12881 - 12898 10.1021/ja202642y
3. Ma, J.; Sun, N.; Zhang, X.; Zhao, N.; Xiao, F.; Wei, W.; Sun, Y. Catal. Today 2009, 148, 221 - 231 10.1016/j.cattod.2009.08.015
4. Qiao, J.; Liu, Y.; Hong, F.; Zhang, J. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 631 - 675 10.1039/C3CS60323G
5. Studt, F.; Sharafutdinov, I.; Abild-Pedersen, F.; Elkjær, C. F.; Hummelshøj, J. S.; Dahl, S.; Chorkendorff, I.; Nørskov, J. K. Nat. Chem. 2014, 6, 320 - 324 10.1038/nchem.1873
6. Wang, W.; Wang, S.; Ma, X.; Gong, J. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 3703 - 3727 10.1039/c1cs15008a
7. Liu, Q.; Wu, L.; Jackstell, R.; Beller, M. Nat. Commun. 2015, 6, 5933 10.1038/ncomms6933
8. Federsel, C.; Jackstell, R.; Beller, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 6254 - 6257 10.1002/anie.201000533
9. Cheng, D.; Negreiros, F. R.; Aprà, E.; Fortunelli, A. ChemSusChem 2013, 6, 944 - 965 10.1002/cssc.201200872
10. Peng, G.; Sibener, S. J.; Schatz, G. C.; Mavrikakis, M. Surf. Sci. 2012, 606, 1050 - 1055 10.1016/j.susc.2012.02.027
11. Peng, G.; Sibener, S. J.; Schatz, G. C.; Ceyer, S. T.; Mavrikakis, M. J. Phys. Chem. C 2011, 116, 3001 - 3006 10.1021/jp210408x
12. Vesselli, E.; Rizzi, M.; De Rogatis, L.; Ding, X.; Baraldi, A.; Comelli, G.; Savio, L.; Vattuone, L.; Rocca, M.; Fornasiero, P.; Baldereschi, A.; Peressi, M. J. Phys. Chem. Lett. 2009, 1, 402 - 406 10.1021/jz900221c
13. Pan, Y.-x.; Liu, C.-j.; Ge, Q. J. Catal. 2010, 272, 227 - 234 10.1016/j.jcat.2010.04.003
14. Grabow, L. C.; Mavrikakis, M. ACS Catal. 2011, 1, 365 - 384 10.1021/cs200055d
15. Zhao, Y.-F.; Yang, Y.; Mims, C.; Peden, C. H. F.; Li, J.; Mei, D. J. Catal. 2011, 281, 199 - 211 10.1016/j.jcat.2011.04.012
16. Ashley, A. E.; O'Hare, D. Curr. Top. Chem. 2013, 334, 191 - 217 10.1007/128-2012-377
17. Stephan, D. W.; Erker, G. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 46 - 76 10.1002/anie.200903708
18. Courtemanche, M.-A.; Légaré, M.-A.; Maron, L.; Fontaine, F.-G. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 10708 - 10717 10.1021/ja5047846
19. Lim, C.-H.; Holder, A. M.; Hynes, J. T.; Musgrave, C. B. Inorg. Chem. 2013, 52, 10062 - 10066 10.1021/ic4013729
20. Ménard, G.; Stephan, D. W. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1796 - 1797 10.1021/ja9104792
21. Sgro, M. J.; Domer, J.; Stephan, D. W. Chem. Commun. 2012, 48, 7253 - 7255 10.1039/c2cc33301e
22. Zhang, X.; Llabrés i Xamena, F. X.; Corma, A. J. Catal. 2009, 265, 155 - 160 10.1016/j.jcat.2009.04.021
23. Notestein, J. M.; Katz, A. Chem.-Eur. J. 2006, 12, 3954 - 3965 10.1002/chem.200501152
24. Bae, Y.-S.; Snurr, R. Q. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 11586 - 11596 10.1002/anie.201101891
25. Han, S.; Huang, Y.; Watanabe, T.; Dai, Y.; Walton, K. S.; Nair, S.; Sholl, D. S.; Meredith, J. C. ACS Comb. Sci. 2012, 14, 263 - 267 10.1021/co3000192
26. Wilmer, C. E.; Farha, O. K.; Bae, Y.-S.; Hupp, J. T.; Snurr, R. Q. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9849 - 9856 10.1039/c2ee23201d
27. Cavka, J. H.; Jakobsen, S.; Olsbye, U.; Guillou, N.; Lamberti, C.; Bordiga, S.; Lillerud, K. P. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 13850 - 13851 10.1021/ja8057953
28. Garibay, S. J.; Cohen, S. M. Chem. Commun. 2010, 46, 7700 - 7702 10.1039/c0cc02990d
29. Huang, Y.; Qin, W.; Li, Z.; Li, Y. Dalton Trans. 2012, 41, 9283 - 9285 10.1039/c2dt30950e
30. Kim, M.; Cohen, S. M. CrystEngComm 2012, 14, 4096 - 4104 10.1039/C2CE06491J
31. Wu, H.; Yildirim, T.; Zhou, W. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 925 - 930 10.1021/jz4002345
32. Valenzano, L.; Civalleri, B.; Chavan, S.; Bordiga, S.; Nilsen, M. H.; Jakobsen, S.; Lillerud, K. P.; Lamberti, C. Chem. Mater. 2011, 23, 1700 - 1718 10.1021/cm1022882
33. Biswas, S.; Zhang, J.; Li, Z. B.; Liu, Y. Y.; Grzywa, M.; Sun, L. X.; Volkmer, D.; Van der Voort, P. Dalton Trans. 2013, 42, 4730 - 4737 10.1039/c3dt32288b
34. Yang, Q.; Wiersum, A. D.; Llewellyn, P. L.; Guillerm, V.; Serre, C.; Maurin, G. Chem. Commun. 2011, 47, 9603 - 9605 10.1039/c1cc13543k
35. Yang, Q. Y.; Guillerm, V.; Ragon, F.; Wiersum, A. D.; Llewellyn, P. L.; Zhong, C. L.; Devic, T.; Serre, C.; Maurin, G. Chem. Commun. 2012, 48, 9831 - 9833 10.1039/c2cc34714h
36. Yang, Q.; Wiersum, A. D.; Jobic, H.; Guillerm, V.; Serre, C.; Llewellyn, P. L.; Maurin, G. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 13768 - 13774 10.1021/jp202633t
37. Yang, Q. Y.; Wiersum, A. D.; Llewellyn, P. L.; Guillerm, V.; Serred, C.; Maurin, G. Chem. Commun. 2011, 47, 9603 - 9605 10.1039/c1cc13543k
38. Pullen, S.; Fei, H.; Orthaber, A.; Cohen, S. M.; Ott, S. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 16997 - 17003 10.1021/ja407176p
39. Luan, Y.; Zheng, N. N.; Qi, Y.; Yu, J.; Wang, G. Eur. J. Inorg. Chem. 2014, 4268 - 4272 10.1002/ejic.201402509
40. Cmarik, G. E.; Kim, M.; Cohen, S. M.; Walton, K. S. Langmuir 2012, 28, 15606 - 15613 10.1021/la3035352
41. Vermoortele, F.; Bueken, B.; Le Bars, G.; Van de Voorde, B.; Vandichel, M.; Houthoofd, K.; Vimont, A.; Daturi, M.; Waroquier, M.; Van Speybroeck, V.; Kirschhock, C.; De Vos, D. E. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 11465 - 11468 10.1021/ja405078u
42. VandeVondele, J.; Krack, M.; Mohamed, F.; Parrinello, M.; Chassaing, T.; Hutter, J. Comput. Phys. Commun. 2005, 167, 103 - 128 10.1016/j.cpc.2004.12.014
43. Grimme, S.; Antony, J.; Ehrlich, S.; Krieg, H. J. Chem. Phys. 2010, 132, 154104 10.1063/1.3382344
44. Wang, C.; deKrafft, K. E.; Lin, W. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 7211 - 7214 10.1021/ja300539p
45. Wang, C.; Xie, Z.; deKrafft, K. E.; Lin, W. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 13445 - 13454 10.1021/ja203564w
46. Kim, M.; Cahill, J. F.; Su, Y.; Prather, K. A.; Cohen, S. M. Chem. Sci. 2012, 3, 126 - 130 10.1039/C1SC00394A
47. Cohen, S. M. Chem. Rev. 2012, 112, 970 - 1000 10.1021/cr200179u
48. Kim, M.; Garibay, S. J.; Cohen, S. M. Inorg. Chem. 2011, 50, 729 - 731 10.1021/ic102436b
49. Wang, Z.; Cohen, S. M. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1315 - 1329 10.1039/b802258p
50. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865 - 3868 10.1103/PhysRevLett.77.3865
51. Goedecker, S.; Teter, M.; Hutter, J. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1996, 54, 1703 - 1710 10.1103/PhysRevB.54.1703
52. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Caricato, M.; Li, X.; Hratchian, H. P.; Izmaylov, A. F.; Bloino, J.; Zheng, G.; Sonnenberg, J. L.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Vreven, T.; Montgomery, Jr., J. A.; Peralta, J. E.; Ogliaro, F.; Bearpark, M. J.; Heyd, J.; Brothers, E. N.; Kudin, K. N.; Staroverov, V. N.; Kobayashi, R.; Normand, J.; Raghavachari, K.; Rendell, A. P.; Burant, J. C.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Cossi, M.; Rega, N.; Millam, N. J.; Klene, M.; Knox, J. E.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Martin, R. L.; Morokuma, K.; Zakrzewski, V. G.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Farkas, Ö.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cioslowski, J.; Fox, D. J. Gaussian 09 Revision B.01, 2009.
53. Wiersum, A. D.; Soubeyrand-Lenoir, E.; Yang, Q.; Moulin, B.; Guillerm, V.; Yahia, M. B.; Bourrelly, S.; Vimont, A.; Miller, S.; Vagner, C.; Daturi, M.; Clet, G.; Serre, C.; Maurin, G.; Llewellyn, P. L. Chem.-Asian J. 2011, 6, 3270 - 3280 10.1002/asia.201100201
54. Theuergarten, E.; Schluns, D.; Grunenberg, J.; Daniliuc, C. G.; Jones, P. G.; Tamm, M. Chem. Commun. 2010, 46, 8561 - 8563 10.1039/c0cc03474f
55. Theuergarten, E.; Schlosser, J.; Schluns, D.; Freytag, M.; Daniliuc, C. G.; Jones, P. G.; Tamm, M. Dalton Trans. 2012, 41, 9101 - 9110 10.1039/c2dt30448a
56. Henkelman, G.; Uberuaga, B. P.; Jónsson, H. J. Chem. Phys. 2000, 113, 9901 - 9904 10.1063/1.1329672
57. Spek, A. J. Appl. Crystallogr. 2003, 36, 7 - 13 10.1107/S0021889802022112
58. Ren, J.; Segakweng, T.; Langmi, H.; Musyoka, N.; North, B.; Mathe, M.; Bessarabov, D. Int. J. Mater. Res. 2014, 105, 516 - 519 10.3139/146.111047
59. Zlotea, C.; Phanon, D.; Mazaj, M.; Heurtaux, D.; Guillerm, V.; Serre, C.; Horcajada, P.; Devic, T.; Magnier, E.; Cuevas, F.; Ferey, G.; Llewellyn, P. L.; Latroche, M. Dalton Trans. 2011, 40, 4879 - 4881 10.1039/c1dt10115c
60. Abid, H. R.; Tian, H.; Ang, H.-M.; Tade, M. O.; Buckley, C. E.; Wang, S. Chem. Eng. J. 2012, 187, 415 - 420 10.1016/j.cej.2012.01.104
61. Zimmerman, P. M.; Zhang, Z.; Musgrave, C. B. Inorg. Chem. 2010, 49, 8724 - 8728 10.1021/ic100454z
62. Stephan, D. W.; Greenberg, S.; Graham, T. W.; Chase, P.; Hastie, J. J.; Geier, S. J.; Farrell, J. M.; Brown, C. C.; Heiden, Z. M.; Welch, G. C.; Ullrich, M. Inorg. Chem. 2011, 50, 12338 - 12348 10.1021/ic200663v
63. Li, T.; Sullivan, J. E.; Rosi, N. L. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 9984 - 9987 10.1021/ja403008j
64. Saito, K.; Kakumoto, T.; Kuroda, H.; Torii, S.; Imamura, A. J. Chem. Phys. 1984, 80, 4989 - 4996 10.1063/1.446521
65. Zhao, Y.; Truhlar, D. G. Acc. Chem. Res. 2008, 41, 157 - 167 10.1021/ar700111a
66. Zhao, Y.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 6860 - 6868 10.1021/jp7112363
67. Maihom, T.; Wannakao, S.; Boekfa, B.; Limtrakul, J. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 17650 - 17658 10.1021/jp405178p
68. Camaioni, D. M.; Ginovska-Pangovska, B.; Schenter, G. K.; Kathmann, S. M.; Autrey, T. J. Phys. Chem. A 2012, 116, 7228 - 7237 10.1021/jp3039829
69. Wang, Z.; Lu, G.; Li, H.; Zhao, L. Chin. Sci. Bull. 2010, 55, 239 - 245 10.1007/s11434-010-0005-x
70. Rokob, T. A.; Hamza, A.; Stirling, A.; Soós, T.; Pápai, I. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 2435 - 2438 10.1002/anie.200705586
71. Bligaard, T.; Nørskov, J. K.; Dahl, S.; Matthiesen, J.; Christensen, C. H.; Sehested, J. J. Catal. 2004, 224, 206 - 217 10.1016/j.jcat.2004.02.034
72. Michaelides, A.; Liu, Z. P.; Zhang, C. J.; Alavi, A.; King, D. A.; Hu, P. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 3704 - 3705 10.1021/ja027366r
73. Jiang, T.; Mowbray, D. J.; Dobrin, S.; Falsig, H.; Hvolbæk, B.; Bligaard, T.; Nørskov, J. K. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 10548 - 10553 10.1021/jp811185g
74. Rokob, T. A.; Hamza, A.; Pápai, I. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 10701 - 10710 10.1021/ja903878z
75. Hou, C.; Jiang, J.; Zhang, S.; Wang, G.; Zhang, Z.; Ke, Z.; Zhao, C. ACS Catal. 2014, 4, 2990 - 2997 10.1021/cs500688q
76. Ahlquist, M. S. G. J. Mol. Catal. A: Chem. 2010, 324, 3 - 8 10.1016/j.molcata.2010.02.018
77. Urakawa, A.; Jutz, F.; Laurenczy, G.; Baiker, A. Chem.-Eur. J. 2007, 13, 3886 - 3899 10.1002/chem.200601339