Fe‐Based Catalysts for the Direct Photohydrogenation of CO2 to Value‐Added Hydrocarbons

材料科学 催化作用 选择性 高分辨率透射电子显微镜 纳米颗粒 氢氧化物 光热治疗 化学工程 碳纤维 无机化学 纳米技术 透射电子显微镜 有机化学 化学 复合数 工程类 复合材料
作者
Zhenhua Li,Jinjia Liu,Run Shi,Geoffrey I. N. Waterhouse,Xiaodong Wen,Tierui Zhang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:11 (12) 被引量:122
标识
DOI:10.1002/aenm.202002783
摘要

Abstract The solar‐driven conversion of CO 2 into carbon‐based fuels and other valuable chemical feedstocks is actively being pursued as an approach for curbing greenhouse gas emissions. Herein, a series of novel Fe‐based catalysts with different chemical compositions are successfully fabricated through the hydrogen reduction of MgFeAl‐layered double hydroxide nanosheets at temperatures from 300 to 700 ° C. The catalysts obtained are denoted herein as Fe‐ x , where x is the reduction temperature in celsius. Fe‐500 offers outstanding activity for the photothermal conversion of CO 2 to C 2+ hydrocarbons under ultraviolet‐visible (UV‐Vis) irradiation (CO 2 conversion 50.1%, C 2+ selectivity 52.9%). Characterization studies using X‐ray diffraction, extended X‐ray absorption fine structure, Mössbauer spectroscopy, and high‐resolution transmission electron microscopy determine that the Fe‐500 catalyst is comprised of Fe and FeO x nanoparticles on a MgO–Al 2 O 3 mixed metal oxide support. Density functional theory calculations establish that heterostructures consisting of partially oxidized metallic Fe nanoparticles improve the CC coupling ability of CO 2 hydrogenation intermediates, thus enhancing the selectivity to C 2+ products. This work introduces a novel photothermal hydrogenation strategy for converting CO 2 into valuable chemicals and also opens new avenues toward the development of related solar energy utilization schemes.
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