Accelerating syngas-to-aromatic conversion via spontaneously monodispersed Fe in ZnCr2O4 spinel

合成气 催化作用 尖晶石 碳化物 材料科学 沸石 化学工程 氧气 化学 光化学 有机化学 冶金 工程类
作者
Tian Guo,Xinyan Liu,Chenxi Zhang,Xiaoyu Fan,Hao Xiong,Xiao Chen,Zhengwen Li,Binhang Yan,Lan Zhang,Ning Wang,Hong‐Jie Peng,Fei Wei
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:32
标识
DOI:10.1038/s41467-022-33217-9
摘要

Spontaneous monodispersion of reducible active species (e.g., Fe, Co) and their stabilization in reductive atmospheres remain a key challenge in catalytic syngas chemistry. In this study, we present a series of catalysts including spontaneously monodispersed and enriched Fe on ZnCr2O4. Deep investigation shows remarkable performance in the syngas-to-aromatic reaction only when monodispersed Fe coupled with a H-ZSM-5 zeolite. Monodispersed Fe increases the turnover frequency from 0.14 to 0.48 s-1 without sacrificing the record high selectivity of total aromatics (80-90%) at a single pass. The increased activity is ascribed to more efficient activation of CO and H2 at oxygen vacancy nearest to the isolated Fe site and the prevention of carbide formation. Atomic precise characterization and theoretical calculations shed light on the origin and implications of spontaneous Fe monodispersion, which provide guidance to the design of next-generation catalyst for upgrading small molecules to synthetic fuels and chemicals.
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