Atomic-Scale Asymmetric Rh–Mo Site for CO 2 Hydrogenation to Methanol at Near-Ambient Temperature

化学 甲醇 催化作用 无机化学 脂肪族化合物 光化学 化学反应动力学 有机化学 化学还原 一氧化碳
作者
Jia Liu,Si‐Wei Ying,Yifan Chen,Siyuan Huang,Youzhu Yuan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (11): 11551-11559
标识
DOI:10.1021/jacs.5c17025
摘要

CO2 hydrogenation to methanol offers a promising route for greenhouse gas mitigation and sustainable nonpetroleum carbon utilization. Rhodium (Rh), known for its high surface energy, excels in CO2 activation. However, its strong reducibility often leads to deep hydrogenation of CO2 to CH4, rather than stabilizing key C–O intermediates. Herein, we report a catalyst comprising Rh atoms embedded in a MoC lattice, constructed through an ultralow Rh loading that regulates matrix phase formation. This design results in atomic-scale asymmetric Rh–Mo coordination environments, which enhance CO2 molecular bending and facilitate C=O bond cleavage. Electron transfer modulation from neighboring Mo atoms stabilizes Rh in the Rhδ+ state, thereby improving the adsorption of C–O intermediates and promoting methanol formation. Notably, the catalyst delivers exceptional methanol selectivity of up to 95% at 110 °C, along with long-term operational stability. A high methanol formation rate of 1,287 μmol gRh–1 s–1 is also attained, highlighting the superior atomic utilization of Rh. This work presents an atomic-level design strategy for tailoring local coordination and electronic structure, driving efficient CO2 hydrogenation under mild conditions.
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