Cu Nanoparticles Inlaid Mesoporous Al2O3 As a High-Performance Bifunctional Catalyst for Ethanol Synthesis via Dimethyl Oxalate Hydrogenation

双功能 催化作用 介孔材料 氢解 纳米颗粒 双功能催化剂 化学 化学工程 材料科学 无机化学 有机化学 纳米技术 工程类
作者
Yifeng Zhu,Xiao Kong,Xianqing Li,Guoqiang Ding,Yulei Zhu,Yongwang Li
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:4 (10): 3612-3620 被引量:168
标识
DOI:10.1021/cs5009283
摘要

Ethanol synthesis from syngas via dimethyl oxalate (DMO) hydrogenation is of crucial importance for environment- and energy-related applications. Herein, we designed the bifunctional Cu nanoparticle (NP) inlaid mesoporous Al2O3 catalyst and first applied it to ethanol synthesis with high efficiency. The catalyst was made based on the spatial restriction strategy by pinning the Cu NPs on mesoporous Al2O3 to conquer the sintering problem and facilitate the stability (>200 h at 270 °C), which has potential values in high-temperature and exothermic reactions. The plentiful pores, highly exposed and properly assembled Cu-acid sites, furnished the catalyst with high ethanol yield (∼94.9%). A structure-sensitive behavior that the intrinsic activity increases with the decreasing NP size was discussed. It was attributed to the change in metal–acid interfacial sites, morphology, and electronic structure and balance of surface Cu0–Cu+ species. The mechanism for DMO hydrogenation to ethanol involving activation of C═O, C–O, and O–H bands was also proposed. As cleavage of these bonds is a versatile tool to utilize bioderived molecules (e.g., polyols), the bifunctional catalysts can also be applied to hydrogenolysis of C–O bonds or etherification of O–H groups to produce various chemicals.

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