Engineering ZrO2–Ru interface to boost Fischer-Tropsch synthesis to olefins

费托法 催化作用 离解(化学) 纳米颗粒 氢溢流 化学 限制 合成气 化学工程 材料科学 纳米技术 物理化学 有机化学 选择性 机械工程 工程类
作者
Hailing Yu,Caiqi Wang,Xin Xin,Yao Wei,Shenggang Li,Yunlei An,Fanfei Sun,Tiejun Lin,Liangshu Zhong
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 5143-5143 被引量:41
标识
DOI:10.1038/s41467-024-49392-w
摘要

Abstract Understanding the structures and reaction mechanisms of interfacial active sites in the Fisher-Tropsch synthesis reaction is highly desirable but challenging. Herein, we show that the ZrO 2 -Ru interface could be engineered by loading the ZrO 2 promoter onto silica-supported Ru nanoparticles (ZrRu/SiO 2 ), achieving 7.6 times higher intrinsic activity and ~45% reduction in the apparent activation energy compared with the unpromoted Ru/SiO 2 catalyst. Various characterizations and theoretical calculations reveal that the highly dispersed ZrO 2 promoter strongly binds the Ru nanoparticles to form the Zr-O-Ru interfacial structure, which strengthens the hydrogen spillover effect and serves as a reservoir for active H species by forming Zr-OH* species. In particular, the formation of the Zr-O-Ru interface and presence of the hydroxyl species alter the H-assisted CO dissociation route from the formyl (HCO*) pathway to the hydroxy-methylidyne (COH*) pathway, significantly lowering the energy barrier of rate-limiting CO dissociation step and greatly increasing the reactivity. This investigation deepens our understanding of the metal-promoter interaction, and provides an effective strategy to design efficient industrial Fisher-Tropsch synthesis catalysts.
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