Inverse ZrO2/Co Enables Low-Temperature Direct CO2 Hydrogenation to Liquid Hydrocarbons

催化作用 反向 吸附 选择性 化学工程 碳氢化合物 工作(物理) 金属 材料科学 化学 联轴节(管道) 光化学 无机化学 多相催化 分子 科技与社会 金属有机骨架
作者
Meng-Nan Liu,Zhen‐Hong He,Zhuo Chen,Sen-Wang Wang,Miao Ruan,Yanping Luo,Kuan Wang,Weitao Wang,Huan Wang,Zhao‐Tie Liu
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:16 (19): 19084-19096
标识
DOI:10.1021/acscatal.6c03749
摘要

Abstract Direct hydrogenation of CO2 to liquid hydrocarbons (C5+) at low temperature is a highly desirable but challenging transformation, as conventional catalysts typically operate at high temperatures via indirect pathways by producing and using a CO intermediate. In this work, we report an inverse ZrO2/Co catalyst that enables direct CO2 hydrogenation to C5+ hydrocarbons at a low temperature of 200 °C. Under optimal conditions, the catalyst achieves a high CO2 hydrogenation activity of 26.0 mmolCO2·gCo–1·h–1 with 58.9 C-mol % selectivity toward C5+ liquid hydrocarbons and negligible CO formation. The inverse architecture of ZrO2/Co, wherein ZrO2 nanoislands are dispersed over metallic Co0 particles, concurrently not only enhances CO2 adsorption and suppresses H2 adsorption but also delivers a surface C/H ratio approximately 31 times higher than that of pristine Co0, thereby promoting chain growth. In situ DRIFTS reveals that the inverse catalyst generates abundant oxygen-containing intermediates (HCOO–, HCO3–, CH3O–, and CH3COO–), which are subsequently hydrogenated to CHx for chain growth over Co0 sites. This work not only provides a low-temperature catalyst for direct CO2-to-C5+ conversion but also establishes inverse oxide/metal interfaces as a general platform for tuning C–C bond coupling in CO2 hydrogenation.
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