Engineering the Cu/Mo2CTx (MXene) interface to drive CO2 hydrogenation to methanol

甲醇 催化作用 格式化 化学工程 化学 材料科学 无机化学 有机化学 工程类
作者
Hui Zhou,Zixuan Chen,Anna Vidal López,Estefanía Díaz López,Erwin Lam,Athanasia Tsoukalou,Elena Willinger,Denis A. Kuznetsov,Deni Mance,Agnieszka Kierzkowska,Felix Donat,Paula M. Abdala,Aleix Comas‐Vives,Christophe Copéret,Alexey Fedorov,Christoph R. Müller
出处
期刊:Nature Catalysis [Nature Portfolio]
卷期号:4 (10): 860-871 被引量:307
标识
DOI:10.1038/s41929-021-00684-0
摘要

Development of efficient catalysts for the direct hydrogenation of CO2 to methanol is essential for the valorization of this abundant feedstock. Here we show that a silica-supported Cu/Mo2CTx (MXene) catalyst achieves a higher intrinsic methanol formation rate per mass Cu than the reference Cu/SiO2 catalyst with a similar Cu loading. The Cu/Mo2CTx interface can be engineered due to the higher affinity of Cu for the partially reduced MXene surface (in preference to the SiO2 surface) and the mobility of Cu under H2 at 500 °C. With increasing reduction time, the Cu/Mo2CTx interface becomes more Lewis acidic due to the higher amount of Cu+ sites dispersed onto the reduced Mo2CTx and this correlates with an increased rate of CO2 hydrogenation to methanol. The critical role of the interface between Cu and Mo2CTx is further highlighted by density functional theory calculations that identify formate and methoxy species as stable reaction intermediates. The valorization of CO2 via its hydrogenation to methanol is a highly sought-after reaction although only a handful of catalysts can efficiently promote this transformation. Here, the authors engineer the interface of a copper catalyst supported on a silica–molybdenum MXene composite, achieving a remarkable performance in the reduction of CO2 to methanol.
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