CO2加氫制甲醇具有減少碳排放和在一次反應中生產有價值的化學品的潛力,因此其具有重要的環境和經濟意義。與未改性的傳統Cu/ZnO/Al2O3催化劑相比,氧化銦基催化劑的甲醇選擇性提高了一倍(從30-50%提高到60-100%)。
值得注意的是,雖然甲醇收率有所提高,但是對于分散在氧化銦(M/In2O3,M=Pd,Ni,Au等)上的各種活性金屬催化劑,盡管添加的金屬具有不同的化學性質,其選擇性仍然與普通In2O3相似。
為了研究這種行為背后的現象,布魯克黑文國家實驗室Ping Liu和José A. Rodriguez等使用RuO2/In2O3作為模型催化劑來研究活性中心的動態性質。AP-XPS、原位XAFS和TR-XRD結果表明,RuO2/In2O3催化劑在反應環境中的結構具有高度的動態性。
具體而言,在反應條件下,Ru納米粒子促進了In2O3的還原,從而產生了具有氧空位的In2O3-x;在一定濃度的氧空位作用下,In2O3-x會遷移到Ru團簇表面,形成熱力學驅動的包覆結構。
由RuOx和In2O3-x聚集體修飾的Ru0納米顆粒組成的獨特的包覆結構,可以通過阻斷Ru0位點來抑制CH4的形成,同時產生界面RuOx?In2O3-x位點可用于CO2選擇性加氫制甲醇。與普通In2O3相比,所制備的催化劑的甲醇選擇性由62.4%提高到74.7%,產率由0.25提高到0.59 gMeOH?h?1?gcat?1。
密度泛函理論(DFT)計算表明,在氧空位形成、CO2活化以及進一步轉化為甲醇等方面,In2O3-x覆蓋層比本體In2O3具有更高的活性,這是導致活性增強的原因。總的來說,這項工作揭示了In2O3基催化劑對反應環境響應的動態結構,為合理設計選擇性合成甲醇的材料提供了指導。
Atomic Structural Origin of the High Methanol Selectivity over In2O3–Metal Interfaces: Metal–Support Interactions and the Formation of a InOx Overlayer in Ru/In2O3?Catalysts during CO2?Hydrogenation. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.2c06029