新加坡国立大学曾华淳教授课题组ACS Catalysis：单固体前驱体制备的CuZn硅酸盐纳米网络应用于二氧化碳加氢制甲醇
新加坡国立大学曾华淳教授课题组ACS Catalysis：单固体前驱体制备的CuZn硅酸盐纳米网络应用于二氧化碳加氢制甲醇
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聚焦液态阳光关键技术和产业链，推动液态阳光经济发展
以下文章来源于科学温故社 ，作者曾华淳教授课题组
知幽渺之理而收显著之效：从实验到理论，探索催化反应隐藏的信息与机理，打开催化过程“黑匣子”
关键词 ：CO 2 hydrogenation, CuZn catalyst, strong metal−support interaction (SMSI), MeOH synthesis, organosilica, nanocatalyst
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作者创新性地提出了一种从单一固体前驱体制备Cu–ZnO催化剂的合成方案，所得的催化剂展现出优秀的催化活性和稳定性。
背景介绍
近年来，温室气体的大量排放导致了包括全球变暖在内的一系列问题。碳捕获和利用被视为可持续性的解决方向之一。这其中，二氧化碳（CO 2 ）加氢制甲醇是最具有研究和工业化应用前景的技术之一。虽然传统上用于从合成气（syngas）生产甲醇的工业催化剂（Cu/ZnO/Al 2 O 3 ）也可以被应用于二氧化碳加氢制甲醇并表现出一定的催化活性，进一步的应用却受制于多个问题。首先，副产物水引起的Cu颗粒烧结导致了催化活性的快速丧失，表现出 低催化稳定性 ；其次，基于金属Cu的高度反向水煤气变换（RWGS）反应活性产生大量CO副产物， 降低了催化选择性 ；最后，传统的Cu–ZnO催化剂合成技术依赖于制备人员的经验，对最终产物的可控性较低。
图文精读
近日， 新加坡国立大学曾华淳教授课题组 提出了一种替代性的催化剂合成方案，以 组分可调的金属–有机硅酸盐纳米线网状结构 为催化剂前驱体，制备出 多孔硅纳米线负载的Cu–ZnO纳米催化剂 （Scheme 1）。在较为温和的反应条件下（30 bar, 200–280 °C），获得的Si–Cu–Zn催化剂展现出超过工业催化剂的优秀甲醇比产率和选择性（Figure 6）。通过精心设计的合成过程，获得的催化剂拥有 较小粒径的Cu纳米颗粒 ，以及比邻相依的金属Cu和ZnO，在反应条件下可以进一步产生有利的 强金属–载体相互作用 （Figure 7）。多孔硅载体则有利于限制Cu纳米颗粒的生长以及提供高度的可及性。
Scheme 1. Schematic Illustration of the Stepwise Synthesis of the Si–RNH 2 –Cu Precursor and the Si–Cu–Zn Catalyst
Figure 6. Catalytic performance evaluation of Si–Cu–Zn catalysts with various Cu and Zn loadings.
Figure 7. Characterization of the spent Si–Cu–Zn catalyst recovered after the reaction.
心得与展望
尽管Cu–ZnO系统作为二氧化碳加氢制甲醇的传统催化剂已经被学界广泛地研究，当前催化剂的制备多采用简单的共沉淀法或初湿浸渍法，对于最终催化剂（Cu–ZnO纳米颗粒）的形貌、组分的可控性不足。 该项研究提供了一种替代性的合成策略，专注于精确控制活性催化成分 。除此之外，报导的金属–有机硅酸盐固态前驱体促进了金属离子的高度分散与混合，亦可以被应用于其他组分催化剂的合成。
原文链接： https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c00726
Single Solid Precursor-Derived Three-Dimensional Nanowire Networks of CuZn-Silicate for CO 2 Hydrogenation to Methanol
Yu Shao, Mohammadreza Kosari, Shibo Xi, and Hua Chun Zeng*
ACS Catal. 2022, 12, 5750–5765
课题组网站： http://cheed.nus.edu.sg/stf/chezhc/000731zenghc.html
文本编辑：道哥哥
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