Low-nuclearity CuZn ensembles on ZnZrOx catalyze methanol synthesis from CO2

甲醇 催化作用 格式化 金属 电子顺磁共振 光化学 化学 材料科学 无机化学 有机化学 核磁共振 物理
作者
Thaylan Pinheiro Araújo,Georgios Giannakakis,Jordi Morales‐Vidal,Mikhail Agrachev,Zaira Ruiz-Bernal,Phil Preikschas,Tangsheng Zou,Frank Krumeich,Patrik O. Willi,Wendelin J. Stark,Robert N. Grass,Gunnar Jeschke,Sharon Mitchell,Núria López,Javier Pérez‐Ramírez
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 3101-3101 被引量:63
标识
DOI:10.1038/s41467-024-47447-6
摘要

Metal promotion could unlock high performance in zinc-zirconium catalysts, ZnZrOx, for CO2 hydrogenation to methanol. Still, with most efforts devoted to costly palladium, the optimal metal choice and necessary atomic-level architecture remain unclear. Herein, we investigate the promotion of ZnZrOx catalysts with small amounts (0.5 mol%) of diverse hydrogenation metals (Re, Co, Au, Ni, Rh, Ag, Ir, Ru, Pt, Pd, and Cu) prepared via a standardized flame spray pyrolysis approach. Cu emerges as the most effective promoter, doubling methanol productivity. Operando X-ray absorption, infrared, and electron paramagnetic resonance spectroscopic analyses and density functional theory simulations reveal that Cu0 species form Zn-rich low-nuclearity CuZn clusters on the ZrO2 surface during reaction, which correlates with the generation of oxygen vacancies in their vicinity. Mechanistic studies demonstrate that this catalytic ensemble promotes the rapid hydrogenation of intermediate formate into methanol while effectively suppressing CO production, showcasing the potential of low-nuclearity metal ensembles in CO2-based methanol synthesis.
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