Homolytic H2 dissociation for enhanced hydrogenation catalysis on oxides

均分解 异构化 离解(化学) 光化学 催化作用 化学 氢化物 激进的 有机化学
作者
Chengsheng Yang,Sicong Ma,Yongmei Liu,Lihua Wang,Ding Yuan,Wei-Peng Shao,Lunjia Zhang,Fan Yang,Tiejun Lin,Hongxin Ding,Heyong He,Zhi-Pan Liu,Yong Cao,Yulong Zhu,Xinhe Bao
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-024-44711-7
摘要

The limited surface coverage and activity of active hydrides on oxide surfaces pose challenges for efficient hydrogenation reactions. Herein, we quantitatively distinguish the long-puzzling homolytic dissociation of hydrogen from the heterolytic pathway on Ga2O3, that is useful for enhancing hydrogenation ability of oxides. By combining transient kinetic analysis with infrared and mass spectroscopies, we identify the catalytic role of coordinatively unsaturated Ga3+ in homolytic H2 dissociation, which is formed in-situ during the initial heterolytic dissociation. This site facilitates easy hydrogen dissociation at low temperatures, resulting in a high hydride coverage on Ga2O3 (H/surface Ga3+ ratio of 1.6 and H/OH ratio of 5.6). The effectiveness of homolytic dissociation is governed by the Ga-Ga distance, which is strongly influenced by the initial coordination of Ga3+. Consequently, by tuning the coordination of active Ga3+ species as well as the coverage and activity of hydrides, we achieve enhanced hydrogenation of CO2 to CO, methanol or light olefins by 4-6 times.
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