Nat Commun: 氮化镓催化二氧化碳直接加氢制二甲醚为主要产物

雨辰

2021-04-21

将二氧化碳选择性加氢制高附加值化学品是一项很有吸引力的技术，但高性能催化剂仍然是一个挑战。

有鉴于此，陕西师范大学刘忠文教授、厦门大学王野教授、西安交通大学常春然副教授等人，报道了氮化镓(GaN)催化CO₂直接加氢制二甲醚(DME)，其选择性约为80%。

本文要点

1）氮化镓对CO₂加氢的活性比CO加氢的活性高得多，但产物分布非常相似。证明了GaN是将CO₂选择性地直接加氢为DME的有效催化剂，DME被严格揭示为主要产物。

2）稳态和瞬态实验结果、光谱学研究和密度泛函理论计算都严格揭示了DME是通过甲基和甲酸酯中间体作为主要产物生产的，该中间体在具有相似活化能的GaN的不同平面上形成。这与传统的在混合催化剂上通过甲醇中间体合成二甲醚有本质的不同。

3）此外，氮化镓的晶粒尺寸、碱性助催化剂的添加以及操作条件对催化性能有显著影响。在最佳条件下，DME的时空产率（STY）高达2.9 mmol g^-1_GaN h^-1，并且在运行时间（TOS）超过100 h后未观察到失活。

总之，该工作提供了一种能够将CO₂直接加氢成DME的催化剂，并结合DFT结果提出了一种合理的由甲基和甲酸中间体合成二甲醚的机理。

参考文献：

Liu, C., Kang, J., Huang, ZQ. et al. Gallium nitride catalyzed the direct hydrogenation of carbon dioxide to dimethyl ether as primary product. Nat Commun 12, 2305 (2021).

DOI: 10.1038/s41467-021-22568-4

https://doi.org/10.1038/s41467-021-22568-4