Overturning CO2 Hydrogenation Selectivity with High Activity via Reaction-Induced Strong Metal–Support Interactions

甲烷化 纳米材料基催化剂 催化作用 化学 选择性 金属 纳米颗粒 氧化物 化学工程 氧气 无机化学 光化学 有机化学 工程类
作者
Hui Xin,Le Lin,Rongtan Li,Dan Li,Tongyuan Song,Rentao Mu,Qiang Fu,Xinhe Bao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (11): 4874-4882 被引量:378
标识
DOI:10.1021/jacs.1c12603
摘要

Encapsulation of metal nanoparticles by support-derived materials known as the classical strong metal–support interaction (SMSI) often happens upon thermal treatment of supported metal catalysts at high temperatures (≥500 °C) and consequently lowers the catalytic performance due to blockage of metal active sites. Here, we show that this SMSI state can be constructed in a Ru–MoO3 catalyst using CO2 hydrogenation reaction gas and at a low temperature of 250 °C, which favors the selective CO2 hydrogenation to CO. During the reaction, Ru nanoparticles facilitate reduction of MoO3 to generate active MoO3–x overlayers with oxygen vacancies, which migrate onto Ru nanoparticles’ surface and form the encapsulated structure, that is, Ru@MoO3–x. The formed SMSI state changes 100% CH4 selectivity on fresh Ru particle surfaces to above 99.0% CO selectivity with excellent activity and long-term catalytic stability. The encapsulating oxide layers can be removed via O2 treatment, switching back completely to the methanation. This work suggests that the encapsulation of metal nanocatalysts can be dynamically generated in real reactions, which helps to gain the target products with high activity.
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