Tailoring Electronic Properties and Atom Utilizations of the Pd Species Supported on Anatase TiO2{101} for Efficient CO2 Hydrogenation to Formic Acid

催化作用 甲酸 格式化 锐钛矿 化学 产量(工程) 无机化学 光化学 材料科学 有机化学 光催化 冶金
作者
Ziwei Wang,Dandan Ren,Yue He,Mei Hong,Yu Bai,Aiping Jia,Xiaochun Liu,Cen Tang,Peijun Gong,Xingchen Liu,Weixin Huang,Zhenhua Zhang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:13 (15): 10056-10064 被引量:57
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c02428
摘要

Supported Pd catalysts are most promising in heterogeneous CO2 hydrogenation into formic acid (FA), while their applications are immensely restricted due to relatively poorer activity and lower utilization of Pd atoms compared to homogeneous catalysts. Herein, anatase TiO2{101}-supported Pd and PdAg catalysts were used for the hydrogenation of CO2 into FA. The electronic properties of supported Pd species were finely tuned by altering the Pd contents and Pd:Ag ratios. As the Pd loading decreased, the weakened metallicity limited the hydrogenation property, resulting in the steep decline of the reaction rate. The introduction of Ag not only improves the metallicity of supported Pd species but also promotes the utilization of Pd atoms, jointly contributing to the reaction activity. However, more Ag loadings adversely suppress the H-spillover effect that blocks the hydrogenation process. Consequently, an optimal Pd:Ag mole ratio of 5 over the Pd0.2Ag0.04/TiO2 catalyst with a Pd–Ag coordination number of 2 exhibits a very high FA yield, affording a value of 1429 h–1. In situ DRIFTS spectra coupled with kinetics results confirm the reaction proceeding through the bicarbonate intermediate, in which hydrogenation toward formate is the rate-determining step. These results not only deepen the fundamental understanding of supported Pd catalysts in CO2 hydrogenation but also broaden the concept of morphology engineering strategy for developing efficient and low-cost heterogeneous catalysts for FA production.
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