Fe@SiO2@Ni: An Iron-Based Composite Material for Magnetically Induced Hydrogenation Reactions in Gas and Solution Phases

催化作用 材料科学 X射线光电子能谱 化学工程 选择性 纳米颗粒 复合数 无机化学 化学 复合材料 纳米技术 有机化学 冶金 工程类
作者
Sourav Ghosh,Thibault Ourlin,Jaime Mazarío,Simon Cayez,Salim Daccache,J. Carrey,Bruno Chaudret
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:35 (18): 7542-7553 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.3c01118
摘要

Recently, magnetically induced catalytic CO2 hydrogenation has gained attention due to its high energy efficiency and better heat management of exothermic processes compared to thermal heating. Ferromagnetic nanoparticles combining heating and catalytic properties are shown to be efficient, but the complex synthesis procedure limits their potential as industrial products. In this work, commercially available iron (Fe) wool was chemically modified by a sol–gel coating of a silica (SiO2) layer followed by nickel (Ni) particle deposition and employed as a catalyst for magnetically induced gas-phase CO2 hydrogenation reaction. The composite material was thoroughly characterized by combined X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), focused ion beam scanning electron microscopy (FIB-SEM), and magnetic and specific absorption rate (SAR) measurements as well as its catalytic activity. This material shows an enhanced catalytic activity (higher CO2 conversion and CH4 selectivity) compared to Ni-only-coated iron wool, which could be attributed to the stabilization of the composite catalyst. Adding a Siralox filler in the catalytic bed further improves CO2 conversion, CH4 selectivity, and catalyst stability. Furthermore, this composite catalyst is demonstrated to be active for solution-phase model hydrogenation and hydrodeoxygenation reactions, thus anticipating its potential for a broader range of catalytic applications in organic chemistry.
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