Interfacing with Carbonaceous Potassium Promoters Boosts Catalytic CO2 Hydrogenation of Iron

催化作用 烯烃纤维 产量(工程) 化学 乙烯 选择性 化学工程 无机化学 材料科学 有机化学 工程类 冶金
作者
Yu Han,Chuanyan Fang,Xuewei Ji,Jian Wei,Qingjie Ge,Jian Sun
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:10 (20): 12098-12108 被引量:137
标识
DOI:10.1021/acscatal.0c03215
摘要

Directly converting carbon dioxide into high-valued olefins (ethylene, propylene, and linear α-olefins) with regenerative hydrogen could be a way of reducing CO2 emissions and replacing fossil fuels. However, precise control of C–O activation and subsequent C–C coupling toward those olefins remain a challenge, due to the unclear catalytic mechanism on active sites and surrounding promoters. Herein, we demonstrate that the carbonaceous series K-promoters from K2CO3, CH3COOK, KHCO3, and KOH can induce Fe/C catalysts to form a more active and distinct Fe5C2–K2CO3 interface in nanoscale via CO2 hydrogenation, which boosts the production of high-valued olefins by facilitating electron transfer from potassium to iron species. A high olefin selectivity of near 75% in hydrocarbons is realized at a conversion of more than 32%. The maximum yield of high-valued olefins reaches up to 20.1%, which is the record-breaking highest value among all Fe based CO2 hydrogenation in the literature. More interestingly, the appropriate proximity between carbonaceous K-promoters and Fe/C catalyst endow the catalytic system with an outstanding high-valued olefin yield and high catalytic stability. These findings enrich the chemistry of CO2 conversion and provide a strategy to design highly selective catalysts for high-valued chemicals.

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