Cu + ‐Cu 0 Cluster Pairs in Defective MOFs for Highly Synergistic CO 2 Hydrogenation to Methanol

催化作用 甲醇 化学 选择性 离解(化学) 产量(工程) 吸附 星团(航天器) 组合化学 氧化物 光化学 无机化学 立体化学 多相催化 反应条件 活动站点 化学工程 结晶学 纳米颗粒
作者
Xuehui Jia,Weige Su,Changheng Zhong,Zuxue Bai,Jingyu Bao,Y Zhang,Xin Yu,Jianmin Chen,Zhaowei Jia,Ruimeng Wang,Liqin Zhou,Jiguang Deng,Z C Zhao,Z C Zhao,Z C Zhao,Z C Zhao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e3440356-e3440356
标识
DOI:10.1002/anie.3440356
摘要

ABSTRACT Precise arrangement of multivalent Cu sites for the synchronized activation of CO 2 and H 2 in selective methanol synthesis remained challenging. Herein, we designed spatially arrayed Cu + ‐Cu 0 cluster pairs confined within UiO‐66 (U66) to achieve spatiotemporally directed CO 2 hydrogenation to methanol. This architecture was constructed by creating missing‐linker defects within U66 using L‐ascorbic acid (LA), followed by sequential anchoring of high‐density, adjacent Cu + ‐Cu 0 cluster pairs (≈1:1 ratio) to yield a Cu/U66(LA‐Cu) catalyst. Under reaction conditions of 220°C and 3 MPa, this catalyst achieved a methanol space‐time yield of 688.1 mg·g −1 ·h −1 and an ultra‐high methanol selectivity (97.0%). Its unity‐methanol selectivity was 1.06–1.77 times that of high‐stability oxide materials. Meanwhile, catalyst's stability of 200 h was significantly prolonged compared to high‐selectivity MOF‐based catalysts that operated stably for 60–175 h. Mechanistic studies revealed that Cu + ‐Cu 0 cluster pairs within defective U66 not only enabled partitioned synergistic activation of CO 2 and H 2 , but established an efficient electron/hydrogen transfer pathway. This facilitated the migration of active hydrogen species to CO 2 adsorption sites, where adsorbed CO 2 was converted into CO intermediates and underwent deep hydrogenation. This structural design synergistically enhanced compatibility between H 2 dissociation and CO 2 hydrogenation steps, enabling reaction to proceed efficiently along the RWGS + CO‐hydro pathway.
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