Boosting CO 2 Fixation into Dimethyl Carbonate via Multiple Active Sites Constituted by V O‐Ce‐O Vacancy Clusters on Single‐Unit‐Cell CeO 2 Nano‐Sheets

空位缺陷 纳米- Boosting(机器学习) 材料科学 碳酸盐 结晶学 化学 冶金 复合材料 计算机科学 机器学习
作者
Xiushuai Guan,Xiaokun Wang,Xiaochao Zhang,Changming Zhang,S. Chuang,Zhong Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (33): e202423958-e202423958 被引量:16
标识
DOI:10.1002/anie.202423958
摘要

The thermodynamic stability and intrinsic kinetic inertia of CO2 present a critical challenge for its effective activation in the synthesis of high-value dimethyl carbonate (DMC). In this work, we report the fabrication of novel O-Ce-O vacancy clusters (VO-Ce-O) incorporated into CeO2 nano-sheets with a near single-unit-cell thickness to construct atomically adjacent multiple active sites on their surfaces. These active sites significantly enhance the activation of both CO2 and CH3OH. Impressively, the as-prepared CeO2 with VO-Ce-O catalyst exhibits an excellent DMC yield of 31.2 mmol g-1, surpassing previously reported Ce-based catalysts under equivalent reaction conditions. Experimental results and theoretical calculations reveal that oxygen vacancy increases the reducibility of lattice oxygen, facilitating CO2 activation, while cerium vacancies weaken the *CH3O adsorption, promoting the coupling reaction between *CH3O and *CO2 to form the intermediate (*CH3OC(O)2). Notably, the formation of vacancy clusters reduces the energy barrier for the rate-controlled step (*CH3OC(O)2 dissociation to *CH3OCO), thereby boosting the DMC yield. Our new findings provide valuable insights into surface engineering and active site modulation of cerium-based catalysts, offering a viable pathway for green resource utilization of CO2.
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