Machine Learning-Assisted Development of a Ga 2 O 3 -Modified Cu/SiO 2 Catalyst for Efficient Hydrogenation of Dimethyl Oxalate to Ethylene Glycol

催化作用 乙二醇 选择性 化学 草酸盐 离解(化学) 密度泛函理论 空间速度 乙烯 化学工程 组合化学 基质(水族馆) 色散(光学) 材料科学 甲醇 无机化学 多相催化
作者
K Chen,Xintian Luo,Hansheng Wang,Shangzhi Xie,Huibing He,Jing Xu
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c08467
摘要

Low ethylene glycol (EG) selectivity and insufficient stability in the complex multistep hydrogenation of dimethyl oxalate (DMO) have invariably stimulated a research focus of copper-based catalysts. Conventional catalyst development heavily relies on extensive trial-and-error experimentation and serendipitous discovery. In order to efficiently predict high-performance catalysts, this study constructs a machine learning (ML) model based on the K-means clustering algorithm to successfully screen out the potential Ga promoter. Experimental results demonstrate that a 0.5Ga-Cu/SiO2 catalyst achieves nearly 100% DMO conversion and 98.59% EG selectivity at a relatively low temperature (180 °C) and high weight hourly space velocity (1.5 h−1), while maintaining continuous operational stability for over 240 h. Physical characterizations reveal that Ga2O3 promotes the dispersion of copper species and reduces local electron density, thereby modulating the balance between Cu0 and Cu+ dual active sites. Moreover, density functional theory calculations indicate that the interfacial interaction between Ga2O3 and copper species enhances the substrate dissociation adsorption. This study validates the utility of ML in screening advanced copper-based catalysts for efficient DMO hydrogenation to EG and provides a valuable framework for the future catalyst design in the thermocatalytic field.
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