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​【计算+实验】上科大ACS Catal.:揭示和调控多功能串联催化剂上CO2加氢制高级醇的复杂反应机理

Rose 计算材料学 2023-03-21
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揭示和调控二氧化碳(CO2)直接加氢制高级醇(C2+OH)的复杂反应机理,尤其是关键的C-C偶联步骤,仍然是一个巨大的挑战。
基于此,上海科技大学孙予罕教授,王慧教授(共同通讯作者)等人通过设计精细的表面吸附-脱附反应、原位化学瞬态动力学和理论计算,阐明了Co2C和CuZnAl多功能串联催化剂上的特定反应网络。
本文构建了稳定的Cu6/ZnAl2O4(110)结构来模拟活性位点,吉布斯自由能(ΔG)和活化能(Ea)的计算表明,只有CO插入CH2或CH3的ΔG大于零,这证明了CO插入机理是不利的。
与CH2-CH2O偶联、CH3-CHO偶联和CH3-CH2O偶联相比,CH2-CHO偶联表现出最低的ΔG (−1.60 eV)和Ea (0.35 eV)。随后,R-CH2CHO可以逐步加氢最终生成C2+OH。
本文通过多种原位表征手段,揭示了多功能串联催化剂上CO2加氢制C2+OH的复杂反应机理。
C2+OH生成的整个反应网络是CO2在Co2C上加氢生成的烯烃通过扩散到CuZnAl中被氢化或解离生成R-CH2,然后R-CH2在Cu/ZnAl2O4的界面位与CHO偶联,C2+OH的选择性得到显著提高。
Revealing and Regulating the Complex Reaction Mechanism of CO2 Hydrogenation to Higher Alcohols on Multifunctional Tandem Catalysts. ACS Catal.2023, DOI: 10.1021/acscatal.2c06245.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c06245.

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