Single-atom-driven dynamic carburization over Pd1–FeOx catalyst boosting CO2 conversion

催化作用 水煤气变换反应 材料科学 选择性 Boosting(机器学习) 纳米颗粒 反应条件 Atom(片上系统) 化学 化学工程 纳米技术 有机化学 计算机科学 机器学习 工程类 嵌入式系统
作者
Pengfei Du,Rui Qi,Yafeng Zhang,Qingqing Gu,Xiaoyan Xu,Yuanlong Tan,Xiaoyan Liu,Aiqin Wang,Beien Zhu,Bing Yang,Tao Zhang
出处
期刊:Chem [Elsevier BV]
卷期号:8 (12): 3252-3262 被引量:48
标识
DOI:10.1016/j.chempr.2022.08.012
摘要

Single-atom catalysts (SACs) are featured as an emerging type of heterogeneous catalysts due to their distinct reaction mechanisms. Beyond the conventional understanding, here, we report a dual effect of Pd1–FeOx SACs in real reactions boosting reverse water-gas shift (rWGS) reactivity. Besides providing single active sites, Pd SAs surprisingly promote the dynamic carburization of FeOx surface over a long-term reaction, leading to outstanding rWGS activity (42.0 mmolCO·gcat−1·h−1) and CO selectivity (>98%) beyond that of other reported Fe-based catalysts. Utilizing state-of-the-art characterization techniques, we reveal that this dynamic carburization yields a highly active Fe5C2 phase with the lowest activation barrier of 27.7 kJ/mol for the atmospheric rWGS reaction. The dual effect of SACs results in catalytic performance superior to that of Pd nanoparticles, over which carburization is inhibited by a rapid FeOx encapsulation. This work reveals the multiple roles of single atoms in real reactions, indicating the wider application of SACs.
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