Mechanistic Aspects of the Role of K Promotion on Cu–Fe-Based Catalysts for Higher Alcohol Synthesis from CO 2 Hydrogenation

催化作用 酒 吸附 水煤气变换反应 漫反射红外傅里叶变换 化学 化学吸附 无机化学 产量(工程) 光化学 材料科学 有机化学 物理化学 光催化 冶金
作者
Di Xu,Mingyue Ding,Xinlin Hong,Guoliang Liu
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:10 (24): 14516-14526 被引量:210
标识
DOI:10.1021/acscatal.0c03575
摘要

Direct CO 2 hydrogenation to higher alcohols (HAs) is a promising way to achieve the conversion of CO 2 to high-value chemicals. Alkali metals as promoters are generally crucial for Cu–Fe-based catalysts, but their critical role in higher alcohol synthesis (HAS) is still far from clear. Here, we report the regulating effect of a potassium (K) promoter from a reactant activation perspective on Cu–Fe-based catalysts for HAS from CO 2 hydrogenation using in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS) and chemisorption methods. The optimized catalyst denoted as 4.6K-CMZF with a moderate K content exhibits the highest HA space time yield (STY) in a fixed-bed reactor. It is found that the K can promote reverse water gas shift (RWGS) reaction and tailor the ratio of nondissociated CO to dissociated CO by strengthening linear CO adsorption and weakening bridging CO adsorption. A proper amount of K can balance the nondissociated and dissociated activation of CO, thus providing an adequate *CH x and *CO species to take part in *CH x –*CO coupling reaction. The K promoter can also suppress H 2 activation, thereby inhibiting alkylation reaction. The promoting effect of K can be attributed to the balance of surface *CH x, *CO, and *H species by regulating CO activation and H 2 activation, thus favoring HA synthesis via *CH x –*CO coupling and hydrogenation reactions.
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