Delving into the Chemical Deactivation of Palladium Catalysts during Spontaneous Formic Acid Dehydrogenation To Produce Dihydrogen

脱氢 催化作用 格式化 化学 甲酸 吸附 布朗斯特德-洛瑞酸碱理论 无机化学 光化学 反应中间体 吡啶 多相催化 红外光谱学 反应机理 解吸 吸收(声学) 化学反应 动力学
作者
Xianxian Qin,Tian‐Wen Jiang,MA Xian-yin,Weiyi Zhang,Kun Jiang,Wen–Bin Cai
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:16 (2): 1272-1281 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c06956
摘要

Spontaneous formic acid dehydrogenation (s-FAD) on a Pd-based catalyst produces H2 at room temperature with ∼100% selectivity, yet the accompanying chemical deactivation of the catalyst is not well understood, hampering the upgrading of the s-FAD system for practical applications. In this work, we demonstrate that the deactivation rate of s-FAD, as evaluated by online mass spectrometry, matches the surface CO accumulation rate, as measured by in situ attenuated total reflection–surface-enhanced infrared absorption spectroscopy, verifying that COads is the primary poisoning species during s-FAD on Pd catalysts. By quantifying the effects of solution pH, reactant concentration, kinetic isotope, and cation entity on COads formation rates, it is found that adsorbed formate is the precursor for COads while HCOOH serves as a Bro̷nsted acid. Furthermore, we clarify experimentally that the water-assisted CO2 hydrogenation pathway is responsible for the COads formation at Pd/solution interfaces during s-FAD. This work reveals that to maintain long-term high activity of s-FAD it is of great significance to graft a Bronsted base onto the Pd catalyst support as well as to optimize cation entities in solutions.
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