Design of Interfacial Sites between Cu and Amorphous ZrO2 Dedicated to CO2-to-Methanol Hydrogenation

甲醇 催化作用 无定形固体 煅烧 单斜晶系 四方晶系 材料科学 无机化学 氧化物 化学工程 化学 晶体结构 结晶学 有机化学 冶金 工程类
作者
Shohei Tada,Shingo Kayamori,Tetsuo Honma,Hiromu Kamei,Akane Nariyuki,Kenichi Kon,Takashi Toyao,Ken‐ichi Shimizu,Shigeo Satokawa
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:8 (9): 7809-7819 被引量:182
标识
DOI:10.1021/acscatal.8b01396
摘要

We examined the formation mechanism of active sites on Cu/ZrO2 specific toward CO2-to-methanol hydrogenation. The active sites on Cu/a-ZrO2 (a-: amorphous) were more suitable for CO2-to-methanol hydrogenation than those on Cu/t-ZrO2 (t-: tetragonal) and Cu/m-ZrO2 (m-: monoclinic). When a-ZrO2 was impregnated with a Cu(NO3)2·3H2O solution and then calcined under air, most of the Cu species entered a-ZrO2, leading to the formation of a Cu–Zr mixed oxide (CuaZr1-aOb). The H2 reduction of the thus-formed CuaZr1-aOb led to the formation of Cu nanoparticles on a-ZrO2, which can be dedicated to CO2-to-methanol hydrogenation. We concluded that the selective synthesis of CuaZr1-aOb, especially amorphous CuaZr1-aOb, is a key feature of the catalyst preparation. The preparation conditions of the amorphous CuaZr1-aOb specific toward CO2-to-methanol hydrogenation is as follows: (i) Cu(NO3)2·3H2O/a-ZrO2 is calcined at low temperature (350 °C in this study) and (ii) the Cu loading is low (6 and 8 wt % in this study). Via these preparation conditions, the characteristics of a-ZrO2 for the catalysts remained unchanged during the reaction at 230 °C. The latter preparation condition is related to the solubility limit of Cu species in a-ZrO2. Accordingly, we obtained the amorphous CuaZr1-aOb without forming crystalline CuO particles.

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