Infrared photodissociation spectroscopy of mass-selected [MO(CO2)n]+ (M=Sc, Y, La) complexes indicates that the conversion from the solvated structure into carbonate one can be achieved by the ScO+ cation at n=5 and by the YO+ cation at n=4, while only the solvated structures are observed for the LaO+ cation. These findings suggest that both the ScO+ and YO+ cations are able to fix CO2 into carbonate. Quantum chemical calculations are performed on [MO(CO2)n]+ to identify the structures of the low-lying isomers and to assign the observed spectral features. Theoretical analyses show that the [YO(CO2)n]+ complex has the smallest barrier for the conversion from the solvated structure into carbonate one, while [LaO(CO2)n]+ exhibits the largest conversion barrier among the three metal oxide cations. The present system affords a model in clarifying the effect of different metals in catalytic CO2 transformation at the molecular level.

[1]
T.
Sakakura
,
J. C.
Choi
, and
H.
Yasuda
,
Chem. Rev.
107
,
2365
(
2007
).
[2]
W.
Taifan
,
J. F.
Boily
, and
J.
Baltrusaitis
,
Surf. Sci. Rep.
71
,
595
(
2016
).
[3]
K.
Soltys-Brzostek
,
M.
Terlecki
,
K.
Sokolowski
, and
J.
Lewinski
,
Coord. Chem. Rev.
334
,
199
(
2017
).
[4]
M.
North
,
R.
Pasquale
, and
C.
Young
,
Green Chem.
12
,
1514
(
2010
).
[5]
X. B.
Lu
and
D. J.
Darensbourg
,
Chem. Soc. Rev.
41
,
1462
(
2012
).
[6]
J.
Mascetti
,
F.
Galan
, and
I.
Papai
,
Coord. Chem. Rev.
190
,
557
(
1999
).
[7]
N. R.
Walker
,
R. S.
Walters
, and
M. A.
Duncan
,
New J. Chem.
29
,
1495
(
2005
).
[8]
J. M.
Weber
,
Int. Rev. Phys. Chem.
33
,
489
(
2014
).
[9]
H.
Schwarz
,
Coord. Chem. Rev.
334
,
112
(
2017
).
[10]
L. G.
Dodson
,
M. C.
Thompson
, and
J. M.
Weber
,
Annu. Rev. Phys. Chem.
69
,
231
(
2018
).
[11]
L.
Jiang
,
X. B.
Zhang
,
S.
Han
, and
Q.
Xu
,
Inorg. Chem.
47
,
4826
(
2008
).
[12]
M. F.
Zhou
and
L.
Andrews
,
J. Am. Chem. Soc.
120
,
13230
(
1998
).
[13]
N. R.
Walker
,
G. A.
Grieves
,
R. S.
Walters
, and
M. A.
Duncan
,
Chem. Phys. Lett.
380
,
230
(
2003
).
[14]
G.
Gregoire
,
N. R.
Brinkmann
,
D.
van Heijnsbergen
,
H. F.
Schaefer
and
M. A.
Duncan
,
J. Phys. Chem. A
107
,
218
(
2003
).
[15]
R. S.
Walters
,
N. R.
Brinkmann
,
H. F.
Schaefer
, and
M. A.
Duncan
,
J. Phys. Chem. A
107
,
7396
(
2003
).
[16]
N. R.
Walker
,
R. S.
Walters
,
G. A.
Grieves
, and
M. A.
Duncan
,
J. Chem. Phys.
121
,
10498
(
2004
).
[17]
J. B.
Jaeger
,
T. D.
Jaeger
,
N. R.
Brinkmann
,
H. F.
Schaefer
, and
M. A.
Duncan
,
Can. J. Chem.
82
,
934
(
2004
).
[18]
N. R.
Walker
,
R. S.
Walters
, and
M. A.
Duncan
,
J. Chem. Phys.
120
,
10037
(
2004
).
[19]
G. K.
Koyanagi
and
D. K.
Bohme
,
J. Phys. Chem. A
110
,
1232
(
2006
).
[20]
A. M.
Ricks
,
A. D.
Brathwaite
, and
M. A.
Duncan
,
J. Phys. Chem. A
117
,
11490
(
2013
).
[21]
X. P.
Xing
,
G. J.
Wang
,
C. X.
Wang
, and
M. F.
Zhou
,
Chin. J. Chem. Phys.
26
,
687
(
2013
).
[22]
A.
Iskra
,
A. S.
Gentleman
,
A.
Kartouzian
,
M. J.
Kent
,
A. P.
Sharp
, and
S. R.
Mackenzie
,
J. Phys. Chem. A
121
,
133
(
2017
).
[23]
Z.
Zhao
,
X.
Kong
,
D.
Yang
,
Q.
Yuan
,
H.
Xie
,
H.
Fan
,
J.
Zhao
, and
L.
Jiang
,
J. Phys. Chem. A
121
,
3220
(
2017
).
[24]
D.
Yang
,
X.
Kong
,
H.
Zheng
,
M.
Su
,
Z.
Zhao
,
H.
Xie
,
H.
Fan
,
W.
Zhang
, and
L.
Jiang
,
J. Phys. Chem. A
123
,
3703
(
2019
).
[25]
B. J.
Knurr
and
J. M.
Weber
,
J. Am. Chem. Soc.
134
,
18804
(
2012
).
[26]
B. J.
Knurr
and
J. M.
Weber
,
J. Phys. Chem. A
117
,
10764
(
2013
).
[27]
B. J.
Knurr
and
J. M.
Weber
,
J. Phys. Chem. A
118
,
4056
(
2014
).
[28]
B. J.
Knurr
and
J. M.
Weber
,
J. Phys. Chem. A
118
,
10246
(
2014
).
[29]
B. J.
Knurr
and
J. M.
Weber
,
J. Phys. Chem. A
118
,
8753
(
2014
).
[30]
M. C.
Thompson
,
J.
Ramsay
, and
J. M.
Weber
,
Angew. Chem. Int. Ed.
55
,
15171
(
2016
).
[31]
M. C.
Thompson
,
J.
Ramsay
, and
J. M.
Weber
,
J. Phys. Chem. A
121
,
7534
(
2017
).
[32]
M. C.
Thompson
and
J. M.
Weber
,
J. Phys. Chem. A
122
,
3772
(
2018
).
[33]
A. E.
Green
,
J.
Justen
,
W.
Schoellkopf
,
A. S.
Gentleman
,
A.
Fielicke
, and
S. R.
Mackenzie
,
Angew. Chem. Int. Ed.
57
,
14822
(
2018
).
[34]
L. G.
Dodson
,
M. C.
Thompson
, and
J. M.
Weber
,
J. Phys. Chem. A
122
,
29831
(
2018
).
[35]
L. G.
Dodson
,
M. C.
Thompson
, and
J. M.
Weber
,
J. Phys. Chem. A
122
,
6909
(
2018
).
[36]
F. S.
Menges
,
S. M.
Craig
,
N.
Toetsch
,
A.
Bloomfield
,
S.
Ghosh
,
H. J.
Krueger
, and
M. A.
Johnson
,
Angew. Chem. Int. Ed.
55
,
1282
(
2016
).
[37]
G. B. S.
Miller
,
T. K.
Esser
,
H.
Knorke
,
S.
Gewinner
,
W.
Schoellkopf
,
N.
Heine
,
K. R.
Asmis
, and
E.
Uggerud
,
Angew. Chem. Int. Ed.
53
,
14407
(
2014
).
[38]
H. J.
Freund
and
M. W.
Roberts
,
Surf. Sci. Rep.
25
,
225
(
1996
).
[39]
M.
Firouzbakht
,
M.
Schlangen
,
M.
Kaupp
, and
H.
Schwarz
,
J. Catal.
343
,
68
(
2016
).
[40]
M. R.
Sievers
and
P. B.
Armentrout
,
Inorg. Chem.
38
,
397
(
1999
).
[41]
Z.
Zhao
,
X.
Kong
,
Q.
Yuan
,
H.
Xie
,
D.
Yang
,
J.
Zhao
,
H.
Fan
, and
L.
Jiang
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
20
,
19314
(
2018
).
[42]
A.
Iskra
,
A. S.
Gentleman
,
E. M.
Cunningham
, and
S. R.
Mackenzie
,
Int. J. Mass spectrom.
435
,
93
(
2019
).
[43]
Q.
Zhang
,
H.
Qu
,
M.
Chen
, and
M.
Zhou
,
J. Phys. Chem. A
120
,
425
(
2016
).
[44]
H.
Xie
,
J.
Wang
,
Z. B.
Qin
,
L.
Shi
,
Z. C.
Tang
, and
X. P.
Xing
,
J. Phys. Chem. A
118
,
9380
(
2014
).
[45]
M. J.
Frisch
,
G. W.
Trucks
,
H. B.
Schlegel
,
G. E.
Scuseria
,
M. A.
Robb
,
J. R.
Cheeseman
,
G.
Scalmani
,
V.
Barone
,
B.
Mennucci
,
G. A.
Petersson
,
H.
Nakatsuji
,
M.
Caricato
,
X.
Li
,
H. P.
Hratchian
,
A. F.
Izmaylov
,
J.
Bloino
,
G.
Zheng
,
J. L.
Sonnenberg
,
M.
Hada
,
M.
Ehara
,
K.
Toyota
,
R.
Fukuda
,
J.
Hasegawa
,
M.
Ishida
,
T.
Nakajima
,
Y.
Honda
,
O.
Kitao
,
H.
Nakai
,
T.
Vreven
,
J. A.
Montgomery
 Jr.
,
J. E.
Peralta
,
F.
Ogliaro
,
M. J.
Bearpark
,
J.
Heyd
,
E. N.
Brothers
,
K. N.
Kudin
,
V. N.
Staroverov
,
R.
Kobayashi
,
J.
Normand
,
K.
Raghavachari
,
A. P.
Rendell
,
J. C.
Burant
,
S. S.
Iyengar
,
J.
Tomasi
,
M.
Cossi
,
N.
Rega
,
N. J.
Millam
,
M.
Klene
,
J. E.
Knox
,
J. B.
Cross
,
V.
Bakken
,
C.
Adamo
,
J.
Jaramillo
,
R.
Gomperts
,
R. E.
Stratmann
,
O.
Yazyev
,
A. J.
Austin
,
R.
Cammi
,
C.
Pomelli
,
J. W.
Ochterski
,
R. L.
Martin
,
K.
Morokuma
,
V. G.
Zakrzewski
,
G. A.
Voth
,
P.
Salvador
,
J. J.
Dannenberg
,
S.
Dapprich
,
A. D.
Daniels
,
O.
Farkas
,
J. B.
Foresman
,
J. V.
Ortiz
,
J.
Cioslowski
, and
D. J.
Fox
,
Gaussian 09, Revision A02
,
Wallingford, CT
:
Gaussian, Inc.
, (
2009
).
[46]
G. E.
Douberly
,
R. E.
Miller
, and
S. S.
Xantheas
,
J. Am. Chem. Soc.
139
,
4152
(
2017
).
[47]
D. J.
Goebbert
,
T.
Wende
,
L.
Jiang
,
G.
Meijer
,
A.
Sanov
, and
K. R.
Asmis
,
J. Phys. Chem. Lett.
1
,
2465
(
2010
).
This content is only available via PDF.

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.