Structural effect of Nitrogen/Carbon on the stability of anchored Ru catalysts for CO2 hydrogenation to formate

催化作用 碳化 格式化 甲酸 碳纤维 化学 氮气 无机化学 X射线光电子能谱 材料科学 化学工程 有机化学 吸附 复合数 工程类 复合材料
作者
Ahsan Jaleel,Arsalan Haider,Canh Van Nguyen,Kyung Rok Lee,Seokhyun Choung,Jeong Woo Han,Seo-Hyeon Baek,Chae‐Ho Shin,Kwang‐Deog Jung
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:433: 133571-133571 被引量:55
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.133571
摘要

CO2 hydrogenation to formic acid/formate is regarded as a promising strategy for achieving a sustainable circular-carbon economy. Herein, we report the catalytic behavior of nitrogen-doped carbon (NC)-immobilized ruthenium (RuCl3) catalysts for CO2 hydrogenation to formate. The NC supports were prepared at various temperatures by a facile one-step ionothermal carbonization process. The total N content and pyrrolic-N structures decreased with increasing carbonization temperature, whereas the graphitic-N structures increased. The optimized 2Ru/NC750 catalyst showed excellent turnover numbers of 4468 in a 2 h and 18,212 in a 12 h reaction at 120 °C and 8.0 MPa, and good stability, maintaining its original characteristics when recycled. The HRSTEM and XPS analyses revealed that ruthenium existed as highly dispersed atomic-scale Ru3+ species on the NC supports. Deactivation of the catalysts was attributed to (1) loss of Ru3+, (2) migration of Ru3+, and (3) reduction of Ru3+ to Ru0. It is induced that the origin of deactivation can be closely related to the binding of Ru on NC supports. DFT simulations showed that the pyrrolic-N structure was the most stable RuCl3 binding site, corresponding to experimental results. Thus, the superior performance of the 2Ru/NC750 catalyst was attributed to the strong binding of Ru to pyrrolic-N.
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