Spinel Nanostructures for the Hydrogenation of CO2 to Methanol and Hydrocarbon Chemicals

化学 碳氢化合物 尖晶石 甲醇 双功能 催化作用 氧化物 离解(化学) 化学工程 异构化 有机化学 无机化学 光化学 古生物学 工程类 生物
作者
Mengheng Wang,Lanling Zheng,Genyuan Wang,Jiale Cui,Gui-Ling Guan,Yu-Ting Miao,Jianfeng Wu,Pan Gao,Fan Yang,Yunjian Ling,Xiangxue Luo,Qinghong Zhang,Gang Fu,Kang Cheng,Ye Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (21): 14528-14538 被引量:72
标识
DOI:10.1021/jacs.4c00981
摘要

Composite oxides have been widely applied in the hydrogenation of CO/CO2 to methanol or as the component of bifunctional oxide-zeolite for the synthesis of hydrocarbon chemicals. However, it is still challenging to disentangle the stepwise formation mechanism of CH3OH at working conditions and selectively convert CO2 to hydrocarbon chemicals with narrow distribution. Here, we investigate the reaction network of the hydrogenation of CO2 to methanol over a series of spinel oxides (AB2O4), among which the Zn-based nanostructures offer superior performance in methanol synthesis. Through a series of (quasi) in situ spectroscopic characterizations, we evidence that the dissociation of H2 tends to follow a heterolytic pathway and that hydrogenation ability can be regulated by the combination of Zn with Ga or Al. The coordinatively unsaturated metal sites over ZnAl2Ox and ZnGa2Ox originating from oxygen vacancies (OVs) are evidenced to be responsible for the dissociative adsorption and activation of CO2. The evolution of the reaction intermediates, including both carbonaceous and hydrogen species at high temperatures and pressures over the spinel oxides, has been experimentally elaborated at the atomic level. With the integration of a series of zeolites or zeotypes, high selectivities of hydrocarbon chemicals with narrow distributions can be directly produced from CO2 and H2, offering a promising route for CO2 utilization.
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