Tuning Interfacial Sites of WOx/Pt for Enhancing Reverse Water Gas Shift Reaction

水煤气变换反应 吸附 催化作用 材料科学 氧化还原 金属 化学工程 化学 物理化学 无机化学 有机化学 工程类 冶金
作者
Wenli Bi,Jia Wang,Ruoyu Zhang,Qingfeng Ge,Xinli Zhu
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (15): 11205-11217 被引量:51
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c02341
摘要

Catalytic reverse water gas shift (RWGS) reaction has been regarded as an attractive route for the conversion of waste CO2 to valuable CO. Despite Pt being facile for hydrogenation, the low oxophilicity of Pt renders it less active for RWGS at low temperatures. Herein, Pt/SiO2 catalysts modified by WOx have been prepared to tune the WOx/Pt interfacial site for enhancing the RWGS reaction. Characterizations revealed the coverage of Pt particles by WOx clusters (polytungstate with a low polymerization degree) with an electron transfer from Pt to WOx. As a result, new WOx/Pt interfacial sites are created at the expense of surface-accessible Pt sites, which weaken CO adsorption while enhancing CO2 adsorption and activation at the interface. The intrinsic reaction rate and turnover frequency on Pt–W/SiO2 with an optimal W loading (0.5 wt %) are ∼8 and ∼12 times higher than those on Pt/SiO2 at 400 °C, with a 100% CO selectivity, pointing to an optimal WOx/Pt interfacial sites resulting from optimal coverage of Pt by WOx. Reaction kinetics, infrared spectroscopy, and density functional theory calculations collectively revealed that the RWGS shifted from the association mechanism via the carboxyl intermediate on bare Pt to the redox mechanism at the interfacial perimeter site of WOx/Pt. The interfacial sites of WOx/Pt enable both C–O breakage and H–O formation, which synergistically enhance the activity. This work demonstrated a simple strategy to tune the metal/oxide interfacial sites, which can apply to other reactions that require multiple functionalities and take place at the metal/oxide interface.
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