Construction of Single‐Cluster Rhodium Catalyst for Efficient CO 2 Hydrogenation to Ethanol

催化作用 化学 选择性 产量(工程) 反应性(心理学) 乙醇 无机化学 吸附 一氧化碳 红外光谱学 傅里叶变换红外光谱 乙醇燃料 多相催化 吸收(声学) 碳纤维 二氧化碳 密度泛函理论 漫反射红外傅里叶变换 吸收光谱法 化学工程 光谱学 偶联反应 反应机理 有机化学 材料科学
作者
Hao Wang,Chenfan Gong,Xin Xin,Shenggang Li,Jianguo Zhang,B. YE,Xianni Bu,Jiong Li,Peng Gao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (47): e202516545-e202516545 被引量:1
标识
DOI:10.1002/anie.202516545
摘要

Thermocatalytic conversion of carbon dioxide (CO2) into ethanol is a promising strategy for efficient utilization of CO2. However, it remains a grand challenge to achieve a high ethanol yield due to the difficulty in accurate control of CO2 activation and C-C coupling under thermocatalytic reaction conditions. Herein, a precise rhodium (Rh) single-cluster catalyst on carbon nitride support (RhSC/CN) was designed for CO2 hydrogenation to ethanol. The RhSC/CN catalyst, with an average Rh-Rh coordination number of 2.06, exhibits a record turnover frequency (TOFRh) of 595.2 h-1, a high ethanol selectivity of 95.3% and an ethanol yield of 17.5 mmol gcat -1 h-1 at 240 °C and 5.0 MPa (H2/CO2 = 3), surpassing previously reported Rh-based catalysts. Density functional theory calculations, in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy, X-ray absorption spectroscopy and H2/D2 isotope exchange probing experiments altogether reveal the reaction mechanism, and show that the synergetic interaction between Rh-Rh and Rh-N sites boosts CO2 adsorption and asymmetric C-C coupling between CH3* and CO* to form CH3CO*, leading to a high ethanol selectivity. This discovery provides new insights into the design of single-cluster catalysts for simultaneously promoting CO2 reactivity and ethanol selectivity.
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