Cooperative copper centres in a metal–organic framework for selective conversion of CO2 to ethanol

双金属片 选择性 催化作用 化学 超临界流体 金属 金属有机骨架 无机化学 乙醇 有机化学 吸附
作者
Bing An,Zhe Li,Yang Song,Jingzheng Zhang,Lingzhen Zeng,Cheng Wang,Wenbin Lin
出处
期刊:Nature Catalysis [Springer Nature]
卷期号:2 (8): 709-717 被引量:364
标识
DOI:10.1038/s41929-019-0308-5
摘要

Selective conversion of CO2 to ethanol is of great interest but presents a significant challenge in forming a C–C bond while keeping a C–O bond intact throughout the process. Here, we report cooperative CuI sites on a Zr12 cluster of a metal–organic framework (MOF) for selective hydrogenation of CO2 to ethanol. With the assistance of an alkali cation, the spatially proximate Zr12-supported CuI centres activate hydrogen via bimetallic oxidative addition and promote C–C coupling to produce ethanol. The Cs+-modified MOF catalyst, in 10 hours, produces ethanol with >99% selectivity and a turnover number (based on all Cu atoms) of 4,080 in supercritical CO2, with 30 MPa of CO2 and 5 MPa of H2 at 85 °C, or a turnover number of 490 at 2 MPa of CO2/H2 (1/3) and 100 °C. Our work highlights the potential of using MOFs as a tunable platform to design earth-abundant metal catalysts for CO2 conversion. The synthesis of ethanol via CO2 hydrogenation is a challenging process, often hampered by low selectivity. This work reports a Zr12 cluster-based metal–organic framework as support for cooperative Cu(i) sites that catalyse CO2 hydrogenation to ethanol with remarkable selectivity upon promotion with caesium. Credit: Cloud background, CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication.
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