Highly Dispersed Metal Carbide on ZIF‐Derived Pyridinic‐N‐Doped Carbon for CO2 Enrichment and Selective Hydrogenation

催化作用 沸石咪唑盐骨架 碳化物 咪唑酯 无机化学 材料科学 金属 金属有机骨架 离解(化学) 吸附 碳纤维 化学 物理化学 有机化学 复合数 复合材料
作者
Yunhua Li,Xiaohu Cai,Sijing Chen,Hua Zhang,Kevin H. L. Zhang,Jinqing Hong,Binghui Chen,Dong‐Hau Kuo,Wenju Wang
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:11 (6): 1040-1047 被引量:75
标识
DOI:10.1002/cssc.201800016
摘要

Abstract Catalytic conversion of CO 2 into chemicals is a critical issue for energy and environmental research. Among such reactions, converting CO 2 into CO has been regarded as a significant foundation to generate a liquid fuels and chemicals on a large scale. In this work, zeolitic imidazolate framework‐derived N‐doped carbon‐supported metal carbide catalysts (M/ZIF‐8‐C; M=Ni, Fe, Co and Cu) with highly dispersed metal carbide were prepared for selective CO 2 hydrogenation. Under the same metal loadings, catalytic activity for CO 2 hydrogenation to CO follows the order: Ni/ZIF‐8‐C≈Fe/ZIF‐8‐C>Co/ZIF‐8‐C>Cu/ZIF‐8‐C. These catalysts are composed of carbide or metal supported on pyridinic N sites within the N‐doped carbon structure. ZIF‐8‐derived pyridinic nitrogen and carbide effect CO 2 adsorption, whereas dispersed Ni or Fe carbide and metal species serve as an active site for CO 2 hydrogenation. The supported Ni catalyst exhibits extraordinary catalytic performance, which results from high dispersion of the metal and exposure of the carbide. Based on high‐sensitivity low‐energy ion scattering (HS‐LEIS) and line scan results, density functional theory (DFT) was used to understand reaction mechanism of selective CO 2 hydrogenation over Ni/ZIF‐8‐C. The product CO is derived mainly from the direct cleavage of C−O bonds in CO 2 * rather than decomposition of COOH*. The CO* desorption energy on Ni/ZIF‐8‐C is lower than that for further hydrogenation and dissociation. Comparison of Ni/ZIF‐8‐C with ZIF‐8‐C indicates that the combined effects of the highly dispersed metal or carbide and weak CO adsorption result in high CO selectivity for CO 2 hydrogenation.
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