ACS Catal：火焰喷雾热解制备含Cu+的Cu/SiO2催化剂用于CO2氢化合成甲醇

纳米技术

2020-11-30

Cu基催化剂广泛应用于CO、CO₂氢化制备甲醇的反应中，但是其催化活性通常取决于负载基底的种类，而且人们对活性Cu催化剂结构仍没有定论。有鉴于此，卡尔斯鲁厄理工学院Anna Zimina，中科院化物所孙剑、Jiafeng Yu等报道了通过火焰喷雾热解（FSP）方法制备Cu/SiO₂催化剂，在CO₂氢化制备甲醇的反应中展示了可比拟Cu/ZrO₂催化剂的活性。在CO₂的转化率为5.2 %的时候，反应选择性达到79 %，该结果比以往报道的Cu/SiO₂催化剂活性更高（因为以往通常认为Cu/SiO₂是催化惰性材料）。

本文要点：

（1）

通过原位XAS吸收分析进行表征，结果显示，相对于传统蒸氨（AE）反应制备得到的催化剂（在350 ℃中还原后），FSP方法合成得到的Cu⁺物种浓度仍达到5倍。

通过FSP方法制备的催化剂具有独特的shattuckite结构，其中含有位错结构Cu-O-Si结构，该结构导致形成富集的Cu⁺物种。作者发现Cu⁺物种的含量和反应中形成中间体有直接对映关系。

（2）

通过高压原位DRIFT表征，发现Cu⁺位点能够稳定CO*中间体，从而抑制CO分子脱附、有效的进一步促进CO*通过RWGS、CO氢化过程生成CH₃OH。以上结果展示了Cu的还原行为和Cu⁺物种在合成甲醇过程中反应性基底材料起到的作用。

参考文献

Jiafeng Yu*, Meng Yang, Jixin Zhang, Qingjie Ge, Anna Zimina*, Tim Pruessmann, Lei Zheng, Jan-Dierk Grunwaldt, and Jian Sun*, Stabilizing Cu⁺ in Cu/SiO₂ Catalysts with a Shattuckite-Like Structure Boosts CO₂ Hydrogenation into Methanol, ACS Catal. 2020, 10, XXX, 14694–14706

DOI: 10.1021/acscatal.0c04371

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c04371