南开胡同亮教授课题组 Small：杂化MOF模板导向构筑In2O3/ZrO2异质界面促进CO2加氢制甲醇
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化石燃料的过度消耗产生的人为 CO 2 排放导致严重的环境问题，如温室效应和海洋酸化。有效地捕获和利用过剩的 CO 2 已成为 21 世纪的一个紧迫问题。甲醇不仅是一种替代型燃料，而且可以作为生产其它高值化学品 ( 如芳烃和烯烃 ) 的关键中间体。因此将 CO 2 与可再生的 H 2 催化转化制成高值化学品和清洁燃料被认为是同时缓解全球变暖和能源短缺的最有效方法之一，但设计具有优良性能的催化剂是一个巨大的挑战。 In 2 O 3 /ZrO 2 催化剂因其优异的活性在甲醇合成中得到了广泛的应用。然而，目前对于在 In 2 O 3 /ZrO 2 界面处的通过强氧化物 - 载体的相互作用形成的电子效应理解不足。
图 1. (A) 中空结构 In 2 O 3 @ZrO 2 异质结合成示意图。 (B,C) In-MIL-68 和 (D) MIL-68@UiO-66 异质结的 SEM 图像 ; (E) MIL-68@UiO-66 的 TEM 图像 ; (F) In-MIL-68 衍生的 In 2 O 3 纳米管和 (G) In 2 O 3 @ZrO 2 异质结催化剂的 SEM 图像 ; (H,I) In 2 O 3 @ZrO 2 异质结构催化剂的 TEM 图像和相应的 EDS 图 ; In 2 O 3 @ZrO 2 催化剂的 HRTEM 图像 ; (M) In 2 O 3 @ZrO 2 异质结催化剂的 SAED 模式
图 2. (A) UiO-66 、 MIL-68 和 MIL-68@UiO-66 前驱体的 XRD 谱 ; (B) In 2 O 3 @ZrO 2 、 ZrO 2 和 In 2 O 3 @ZrO 2 催化剂的 XRD 谱图 ; (C) ZrO 2 、 In 2 O 3 、 In 2 O 3 ||ZrO 2 和 In 2 O 3 @ZrO 2 催化剂的拉曼光谱 ; (D) ZrO 2 、 In 2 O 3 和 In 2 O 3 @ZrO 2 催化剂的紫外 - 可见漫反射光谱 ; (F) MIL-68@UiO-66 前驱体、 In 2 O 3 和 In 2 O 3 @ZrO 2 催化剂的氮气吸附 - 脱附等温线
图 3. (A)ZrO 2 、 In 2 O 3 、 In 2 O 3 ||ZrO 2 和 In 2 O 3 @ZrO 2 催化剂的三维核能级峰区 XPS 谱 ; (B) ZrO 2 、 In 2 O 3 、 In 2 O 3 ||ZrO 2 和 In 2 O 3 @ZrO 2 催化剂的 O1s 谱 ; (C)In 2 O 3 和 In 2 O 3 @ZrO 2 催化剂的 EPR 谱 ; (D) In 2 O 3 @ZrO 2 的差分电荷密度分析
图 4. (A)ZrO 2 、 In 2 O 3 、 In 2 O 3 ||ZrO 2 和 In 2 O 3 @ZrO 2 催化剂在 250 ~ 370 ℃温度范围内的 CO 2 转化率和 CH 3 OH 选择性 ; (B) CO 2 加氢过程中甲醇在 ZrO 2 、 In 2 O 3 、 In 2 O 3 ||ZrO 2 和 In 2 O 3 @ZrO 2 催化剂上的 STY MeOH 随反应温度的变化 ; (C) In 2 O 3 @ZrO 2 催化剂的稳定性试验； (D) 在 ZrO 2 、 In 2 O 3 、 In 2 O 3 ||ZrO 2 和 In 2 O 3 @ZrO 2 催化剂 RWGS 反应； (F) In 2 O 3 @ZrO 2 催化剂的甲醇的生成速率 ;(G) ZrO 2 、 In 2 O 3 、 In 2 O 3 ||ZrO 2 和 In 2 O 3 @ZrO 2 催化剂在 CO 2 加氢过程中生成 CH 3 OH 和 CO 的难度和趋势示意图
图 5. (A) ZrO 2 、 In 2 O 3 、 In 2 O 3 ||ZrO 2 和 In 2 O 3 @ZrO 2 催化剂的 H 2 -TPR 谱 ; (B) In 2 O 3 、 In 2 O 3 ||ZrO 2 和 In 2 O 3 @ZrO 2 在 290 °C 下的原位 H 2 FT-IR; (C) ZrO 2 、 In 2 O 3 、 In 2 O 3 ||ZrO 2 和 In 2 O 3 @ZrO 2 催化剂的 CO 2 -TPD 曲线 ; (D) In 2 O 3 、 In 2 O 3 ||ZrO 2 和 In 2 O 3 @ZrO 2 催化剂在 290 °C 的原位 CO 2 FT-IR
图 6. (A) 反应前后 In 2 O 3 和 In 2 O 3 @ZrO 2 的 XPS C1s 峰； (B) In 2 O 3 @ZrO 2 和 (C) In 2 O 3 催化剂在不同温度下的原位 FT-IR 光谱 ; (D) In 2 O 3 @ZrO 2 催化剂主要反应机理的简化模型
作者简介
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第一作者，崔文岗 张强
胡同亮，博士、教授、博士生导师，南开大学“百名青年学科带头人” (2016) 。 2006 年博士毕业于南开大学化学学院（导师：卜显和教授）； 2008 年任南开大学化学学院副教授、硕士生导师； 2014-2015 年，在美国德克萨斯大学圣安东尼奥分校做访问学者（合作导师：陈邦林教授）； 2016 年起任南开大学材料科学与工程学院教授、博士生导师。已在 Nat. Commun. ， J. Am. Chem. Soc. ， Angew. Chem. ， Adv. Mater. ， Appl. Catal. B: Environ. ， Coord. Chem. Rev. ， Small 等国际著名期刊发表 SCI 收录论文 150 余篇，包括热点论文（ Hot Paper ） 5 篇，高被引论文（ ESI ） 9 篇。论文被正面引用 8000 多次， H-index = 49 。相关成果曾获天津市自然科学一等奖（ 2011 年）和国家自然科学二等奖（ 2014 年）
原文链接
https://doi.org/10.1002/smll.202204914
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