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黄加乐/詹国武ACS Catal.:MOF衍生的Pd/In2O3纳米催化剂助力CO2加氢制甲醇

利用可再生能源产生的H2与CO2加氢合成甲醇已成为一种有前途的碳中和方法。负载型Pd/In2O3催化剂因其优异的活性和甲醇选择性而备受关注,但是过度还原时形成In-Pd双金属相会导致催化剂快速失活。

基于此,厦门大学黄加乐教授和华侨大学詹国武教授(共同通讯作者)等人报道了他们通过使用TCPP(Pd)@MIL-68(In)作为前体材料来研究了Pd/In2O3催化剂的还原行为。在催化剂制备过程中,金属卟啉(即TCPP(Pd))既是MIL-68(In)生长的封端剂,也是运输Pd2+的穿梭机,这增强了Pd0物种在In2O3-x上的分散煅烧和还原处理,防止过度还原形成In-Pd双金属相。

通过实验测试发现,在0.53 wt%的低Pd负载量下,所制备的Pd/In2O3催化剂在295 °C、3.0 MPa、19200 mL gcat-1 h-1气流中进行50 h催化反应后,最大甲醇生成速率为81.1 gMeOH h-1 gPd-1,CO2转化率为8.0%,甲醇选择性为81%。

相比之下,通过在MIL-68(In)中浸渍PdCl2制备的对照催化剂,由于形成InPd/In2O3-x表面结构而表现出较差的活性和稳定性。此外,通过将催化剂表征结果与密度泛函理论(DFT)计算相结合,作者发现In2O3的还原程度与负载型Pd/In2O3催化剂的催化性能之间存在密切联系。

更重要的是,通过XPS表征结果发现,界面In/O原子的比值可以反映有关金属-载体之间的相互作用和界面上氧空位点的浓度,这种变化与催化反应活性密切相关。DFT计算还表明Pd/In2O3催化剂对CH3OH产物具有优异的热力学选择性。

该工作为Pd/In2O3纳米催化剂提供了一种替代合成策略,并且阐明了负载型催化剂的失活机制。

Fabrication of Pd/In2O3 Nanocatalysts Derived from MIL-68(In) Loaded with Molecular Metalloporphyrin (TCPP(Pd)) Toward CO2 Hydrogenation to Methanol. ACS Catal., 2021, DOI: 10.1021/acscatal.1c03630.

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c03630.


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