Optimizing Active Sites for High CO Selectivity during CO2 Hydrogenation over Supported Nickel Catalysts

选择性 催化作用 化学 碳化物 甲烷 吸附 丙烷 甲烷化 光化学 无机化学 化学工程 有机化学 工程类
作者
Thalita S. Galhardo,Adriano H. Braga,Bruno Henrique Arpini,János Szanyi,Renato V. Gonçalves,Bruno Fedosse Zornio,Caetano R. Miranda,Liane M. Rossi
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (11): 4268-4280 被引量:158
标识
DOI:10.1021/jacs.0c12689
摘要

Controlling the selectivity of CO2 hydrogenation catalysts is a fundamental challenge. In this study, the selectivity of supported Ni catalysts prepared by the traditional impregnation method was found to change after a first CO2 hydrogenation reaction cycle from 100 to 800 °C. The usually high CH4 formation was suppressed leading to full selectivity toward CO. This behavior was also observed after the catalyst was treated under methane or propane atmospheres at elevated temperatures. In situ spectroscopic studies revealed that the accumulation of carbon species on the catalyst surface at high temperatures leads to a nickel carbide-like phase. The catalyst regains its high selectivity to CH4 production after carbon depletion from the surface of the Ni particles by oxidation. However, the selectivity readily shifts back toward CO formation after exposing the catalysts to a new temperature-programmed CO2 hydrogenation cycle. The fraction of weakly adsorbed CO species increases on the carbide-like surface when compared to a clean nickel surface, explaining the higher selectivity to CO. This easy protocol of changing the surface of a common Ni catalyst to gain selectivity represents an important step for the commercial use of CO2 hydrogenation to CO processes toward high-added-value products.
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