Construction of Single‐Cluster Rhodium Catalyst for Efficient CO2 Hydrogenation to Ethanol

催化作用 星团(航天器) 乙醇 化学 有机化学 计算机科学 程序设计语言
作者
Hao Wang,Chenfan Gong,Xin Xin,Shenggang Li,Jian Zhang,B. YE,Xianni Bu,Jiong Li,Peng Gao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202516545
摘要

Abstract Thermocatalytic conversion of carbon dioxide (CO 2 ) into ethanol is a promising strategy for efficient utilization of CO 2 . However, it remains a grand challenge to achieve a high ethanol yield due to the difficulty in accurate control of CO 2 activation and C–C coupling under thermocatalytic reaction conditions. Herein, a precise rhodium (Rh) single‐cluster catalyst on carbon nitride support (Rh SC /CN) was designed for CO 2 hydrogenation to ethanol. The Rh SC /CN catalyst, with an average Rh–Rh coordination number of 2.06, exhibits a record turnover frequency (TOF Rh ) of 595.2 h −1 , a high ethanol selectivity of 95.3% and an ethanol yield of 17.5 mmol g cat −1 h −1 at 240 °C and 5.0 MPa (H 2 /CO 2 = 3), surpassing previously reported Rh‐based catalysts. Density functional theory calculations, in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy, X‐ray absorption spectroscopy and H 2 /D 2 isotope exchange probing experiments altogether reveal the reaction mechanism, and show that the synergetic interaction between Rh–Rh and Rh–N sites boosts CO 2 adsorption and asymmetric C–C coupling between CH 3 * and CO* to form CH 3 CO*, leading to a high ethanol selectivity. This discovery provides new insights into the design of single‐cluster catalysts for simultaneously promoting CO 2 reactivity and ethanol selectivity.
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