銀催化劑已被廣泛應(yīng)用于光催化和電化學(xué)還原二氧化碳。然而，尚未有研究證實(shí)其對(duì)于二氧化碳選擇性加氫制甲醇具備高活性。近日，天津大學(xué)化工學(xué)院教授劉昌俊課題組在Green Energy & Environment發(fā)表論文，通過密度泛函理論研究了氧化銦負(fù)載的銀催化劑應(yīng)用于二氧化碳加氫制甲醇的可行性，從理論上確定了反應(yīng)轉(zhuǎn)化途徑，并用實(shí)驗(yàn)證明了理論預(yù)測(cè)結(jié)果，在負(fù)載銀催化劑高活性、高選擇性二氧化碳加氫合成甲醇實(shí)驗(yàn)方面取得了突破。
“碳中和”背景下，二氧化碳如何高效轉(zhuǎn)化成為化學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。在可能的各種化學(xué)反應(yīng)中，最有希望大規(guī)模應(yīng)用的是二氧化碳加氫生成甲醇的反應(yīng)。目前，具有高活性和高選擇性的二氧化碳加氫催化劑是進(jìn)一步應(yīng)用的關(guān)鍵。
劉昌俊課題組介紹，自2013年起，他們與合作者通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)證實(shí)，含氧空位的氧化銦及其負(fù)載的鈀、鉑、金、鎳、銠、銥等金屬催化劑，對(duì)二氧化碳加氫生成甲醇具備很高的甲醇選擇性和較高的活性，氧化銦負(fù)載金屬催化劑也具有很好的穩(wěn)定性。氧化銦負(fù)載銀催化劑應(yīng)用于非均相二氧化碳加氫制甲醇反應(yīng)則尚未有研究工作報(bào)道。
此次，劉昌俊課題組將氧化銦的“合作者”聚焦在金屬銀催化劑上，試圖通過銀與氧化銦的結(jié)合調(diào)變，使得到的銀/氧化銦催化劑成為二氧化碳加氫合成甲醇高活性催化劑。
研究人員首先通過密度泛函理論計(jì)算，分析了銀與含氧空位氧化銦表面之間的相互作用。計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，二者之間的“界面位點(diǎn)”能夠很好地活化二氧化碳分子，使其更容易在該位點(diǎn)發(fā)生加氫反應(yīng)。對(duì)比結(jié)果顯示，銀的加入提升了二氧化碳加氫生成甲醇的能力，明顯降低了其轉(zhuǎn)化的表觀活化能。而且，銀/氧化銦催化劑具備更好的催化穩(wěn)定性，相比氧化銦催化劑，反應(yīng)10小時(shí)后，活性保持率為90.5%，而后者僅為80.4%。
此外，表征實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，銀的加入能夠促進(jìn)表面氧空位的生成，從而增多了氧空位位點(diǎn)的數(shù)量，促進(jìn)了二氧化碳的吸附與解離過程。
研究人員表示，希望這項(xiàng)工作為高選擇性氧化銦基催化劑的理性設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。
標(biāo)簽： 制甲醇
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