Surface Structure Dependent Activation of Hydrogen over Metal Oxides during Syngas Conversion

尖晶石 化学 合成气 催化作用 烯烃纤维 选择性 金属 无机化学 氧化物 吸附 物理化学 有机化学 材料科学 冶金
作者
Bing Bai,Yihan Ye,Feng Jiao,Jianping Xiao,Yang Pan,Zehua Cai,Mingshu Chen,Xiulian Pan,Xinhe Bao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.4c14395
摘要

Despite the extensive studies on the adsorption and activation of hydrogen over metal oxides, it remains a challenge to investigate the structure-dependent activation of hydrogen and its selectivity mechanism in hydrogenation reactions. Herein we take spinel and solid solution MnGaOx with a similar bulk chemical composition and study the hydrogen activation mechanism and reactivity in syngas conversion. The results show that MnGaOx-Solid Solution (MnGaOx-SS) is a typical Mn-doped hexagonal close-packed (HCP) Ga2O3 with a Ga-rich surface. Upon exposure to hydrogen, Ga–H and O–H species are simultaneously generated. Ga–H species are highly active but unselective in CO activation, forming CHxO, and ethylene hydrogenation, forming ethane. In contrast, MnGaOx-Spinel is a face-centered-cubic (FCC) spinel phase featuring a Mn-rich surface, thus effectively suppressing the formation of Ga–H species. Interestingly, only part of the O–H species are active for CO activation while the O–H species are inert for olefin hydrogenation over MnGaOx-Spinel. Therefore, MnGaOx-Spinel exhibits a higher activity and higher light-olefin selectivity than MnGaOx-SS in combination with SAPO-18 during syngas conversion. These fundamental understandings are essential to guide the design and further optimization of metal oxide catalysts for selectivity control in hydrogenations.
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