Mechanistic Aspects of the Role of K Promotion on Cu–Fe-Based Catalysts for Higher Alcohol Synthesis from CO2 Hydrogenation

催化作用 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:132
标识
DOI:10.1021/acscatal.0c03575
摘要

Direct CO2 hydrogenation to higher alcohols (HAs) is a promising way to achieve the conversion of CO2 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 CO2 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 *CHx and *CO species to take part in *CHx–*CO coupling reaction. The K promoter can also suppress H2 activation, thereby inhibiting alkylation reaction. The promoting effect of K can be attributed to the balance of surface *CHx, *CO, and *H species by regulating CO activation and H2 activation, thus favoring HA synthesis via *CHx–*CO coupling and hydrogenation reactions.
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