Engineered Asymmetric Ceδ+-O-P Structures via CeO2-CePO4 Heterojunctions for Continuous Dimethyl Carbonate Synthesis from CO2 and Methanol

催化作用 碳酸二甲酯 离解(化学) 异质结 化学 氧化物 选择性 化学工程 甲醇 固碳 材料科学 合理设计 纳米技术 氧气 多相催化 组合化学 合成气 化学能 碳酸丙烯酯
作者
Liang Yuan,Jinzhe Zhang,Linyu Zhang,Lulu Zhou,Xiang‐Kui Gu,Mingyue Ding,Yuehua Chen
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:16 (21): 21557-21569
标识
DOI:10.1021/acscatal.6c05316
摘要

Abstract Chemical fixation of CO2 with CH3OH into value-added chemicals, such as dimethyl carbonate (DMC), plays a crucial role in carbon neutrality and resource recycling. However, its efficiency is limited by the ineffective synergistic activation of CO2 and CH3OH. Here, we employ a strategy to construct CeO2-CePO4 heterojunctions by phosphate-functionalized CeO2, introducing an asymmetric Ceδ+-O-P structure for CO2 and CH3OH activation. The prepared Ce0.8P0.2Oσ catalyst achieves a CH3OH conversion of 28.6% with nearly 100% DMC selectivity and retains its performance for 300 h during continuous DMC synthesis at 140 °C. Experimental characterization supports the formation of local Ceδ+-O-P sites in the catalyst. DFT calculations based on one selected idealized strained model containing a specific local Ceδ+-O-P site show a distinct Bader charge for Ce–O–P and Ce–O–Ce coordinated oxygen atoms within this model. Within the same model, the local Ceδ+-O-P site is associated with elongation of the C–O bond in CH3O* and a lower energy barrier for its dissociation into *CH3 and *O, providing a model-specific interpretation of the enhanced DMC yield. This work develops a design strategy for asymmetric catalytic site via composite oxide heterojunctions engineered for CO2 and CH3OH activation, exhibiting great potential for large-scale continuous CO2 chemical fixation to high-value-added chemicals.
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