Dimethyl Carbonate Synthesis from CO2 over CeO2 with Electron‐Enriched Lattice Oxygen Species

催化作用 氧气 碳酸二甲酯 甲醇 离解(化学) 晶体结构 氧化物 吸附 化学 化学工程 材料科学 无机化学 光化学 结晶学 物理化学 有机化学 工程类
作者
Guoqiang Hou,Qi Wang,Di Xu,Haifeng Fan,Kaidi Liu,Yangyang Li,Xiang‐Kui Gu,Mingyue Ding
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (19): e202402053-e202402053 被引量:63
标识
DOI:10.1002/anie.202402053
摘要

Direct synthesis of dimethyl carbonate (DMC) from CO2 plays an important role in carbon neutrality, but its efficiency is still far from the practical application, due to the limited understanding of the reaction mechanism and rational design of efficient catalyst. Herein, abundant electron-enriched lattice oxygen species were introduced into CeO2 catalyst by constructing the point defects and crystal-terminated phases in the crystal reconstruction process. Benefitting from the acid-base properties modulated by the electron-enriched lattice oxygen, the optimized CeO2 catalyst exhibited a much higher DMC yield of 22.2 mmol g-1 than the reported metal-oxide-based catalysts at the similar conditions. Mechanistic investigations illustrated that the electron-enriched lattice oxygen can provide abundant sites for CO2 adsorption and activation, and was advantageous of the formation of the weakly adsorbed active methoxy species. These were facilitating to the coupling of methoxy and CO2 for the key *CH3OCOO intermediate formation. More importantly, the weakened adsorption of *CH3OCOO on the electron-enriched lattice oxygen can switch the rate-determining-step (RDS) of DMC synthesis from *CH3OCOO formation to *CH3OCOO dissociation, and lower the corresponding activation barriers, thus giving rise to a high performance. This work provides insights into the underlying reaction mechanism for DMC synthesis from CO2 and methanol and the design of highly efficient catalysts.
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