Covalent organic frameworks for design of ruthenium catalysts with high single-atom site density for CO2 hydrogenation into formic acid

甲酸 催化作用 共价键 共价有机骨架 化学 金属有机骨架 氢气储存 无机化学 碳纤维 光化学 化学工程 材料科学 有机化学 复合数 复合材料 吸附 工程类
作者
Ana Katiuce Fellenberg,Ahmed Addad,S. A. Chernyak,Yong Zhou,Massimo Corda,Danilo Oliveira de Souza,Оlga V. Safonova,Vlad Martin‐Diaconescu,Vitaly V. Ordomsky,Gang Ji,Andreï Y. Khodakov
出处
期刊:Cell reports physical science [Elsevier BV]
卷期号:5 (4): 101926-101926
标识
DOI:10.1016/j.xcrp.2024.101926
摘要

Carbon dioxide is an abundant carbon resource for chemical and fuel synthesis. Formic acid, vital for hydrogen storage, has numerous applications. Covalent organic frameworks are a unique class of materials composed of interconnected organic building blocks through covalent bonds. They possess porosity and functional groups, making them suitable for creating supported metallic catalysts. In this study, we present a strategy that utilizes covalent organic frameworks with diverse structures and chemical compositions to enhance carbon dioxide hydrogenation to formic acid at low temperatures. This enhancement arises from both high density of single-atom ruthenium sites and their intrinsic activity. Operando X-ray absorption and catalytic tests demonstrate that the concentration of nitrogen functional groups affects the intrinsic single-site ruthenium activity, whereas the impact of oxygen-containing groups is minor. Catalyst stability is attributed to the ability of single atoms to resist reduction to metallic state. This strategy has broad applicability for various covalent organic framework-supported single-atom catalysts.

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