Wettability Engineering of Solar Methanol Synthesis

化学 润湿 甲醇 催化作用 化学工程 解吸 选择性 涂层 烷基 多相催化 有机化学 组合化学 吸附 工程类
作者
Zhe Lu,Yangfan Xu,Zeshu Zhang,Junchuan Sun,Xue Ding,Wei Sun,Wenguang Tu,Yong Zhou,Yingfang Yao,Geoffrey A. Ozin,Lu Wang,Zhigang Zou
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (48): 26052-26060 被引量:31
标识
DOI:10.1021/jacs.3c07349
摘要

Engineering the wettability of surfaces with hydrophobic organics has myriad applications in heterogeneous catalysis and the large-scale chemical industry; however, the mechanisms behind may surpass the proverbial hydrophobic kinetic benefits. Herein, the well-studied In2O3 methanol synthesis photocatalyst has been used as an archetype platform for a hydrophobic treatment to enhance its performance. With this strategy, the modified samples facilitated the tuning of a wide range of methanol production rates and selectivity, which were optimized at 1436 μmol gcat-1 h-1 and 61%, respectively. Based on in situ DRIFTS and temperature-programmed desorption-mass spectrometry, the surface-decorated alkylsilane coating on In2O3 not only kinetically enhanced the methanol synthesis by repelling the produced polar molecules but also donated surface active H to facilitate the subsequent hydrogenation reaction. Such a wettability design strategy seems to have universal applicability, judged by its success with other CO2 hydrogenation catalysts, including Fe2O3, CeO2, ZrO2, and Co3O4. Based on the discovered kinetic and mechanistic benefits, the enhanced hydrogenation ability enabled by hydrophobic alkyl groups unleashes the potential of the surface organic chemistry modification strategy for other important catalytic hydrogenation reactions.
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