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2025 article

Ligand Field-Engineered Frontier Orbital Alignment in MXenes-Supported Single-Atom Catalysts for Enhanced Propane Dehydrogenation

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Résumé fourni par la source

Single-atom catalysts (SACs) offer a transformative strategy for propane dehydrogenation (PDH) by maximizing atom efficiency and enabling precise active-site control. Their performance, however, is intrinsically linked to the electronic properties of the support. This study reveals the essential role of the ligand field in determining the stability and activity of SACs supported on V 3 C 2 O 2 MXene. We demonstrate that the ligand field lifts the degeneracy of metal d-orbitals, and a strong field induces a large splitting energy, which minimizes the HOMO–LUMO gap. This electronic modulation strengthens the SAC binding and enhances catalytic activity, yielding significantly lower C–H activation barriers compared with conventional metal surfaces. The reaction pathway involving the coadsorption of a propyl fragment and a hydrogen atom at the pure metal site (P3) outperforms those on mixed metal–oxygen (P2) or pure oxygen (P1) sites. Catalyst regeneration via hydrogen desorption proceeds most readily through homolytic coupling, is moderately challenging via heterolytic recombination, and is most difficult through dihydrogen formation. Pt-SAC exhibits superior stability and the lowest energy barriers among all systems owing to its pronounced d-orbital splitting and narrow frontier orbital gap. These insights establish V 3 C 2 O 2 -supported SACs as a versatile platform for PDH, in which crystal field-mediated frontier orbital interactions enable the fine-tuned regulation of reactivity from C–H activation to hydrogen desorption.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Ligand Field-Engineered Frontier Orbital Alignment in MXenes-Supported Single-Atom Catalysts for Enhanced Propane Dehydrogenation
Date Crossref
26/10/2025
Éditeur
American Chemical Society (ACS)
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude et ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Institutions déclarées

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Sujets associés

Catalytic Processes in Materials ScienceMXene and MAX Phase MaterialsNanomaterials for catalytic reactions

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