Mechanistic Insights into the Synthesis of Higher Alcohols from Syngas on CuCo Alloys

合成气 双金属片 催化作用 选择性 化学 甲醇 氧合物 密度泛函理论 甲烷 离解(化学) 化学工程 无机化学 物理化学 有机化学 计算化学 工程类
作者
Ang Cao,Julia Schumann,Tao Wang,Linan Zhang,Jianping Xiao,Pallavi Bothra,Yuan Liu,Frank Abild‐Pedersen,Jens K. Nørskov
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:8 (11): 10148-10155 被引量:84
标识
DOI:10.1021/acscatal.8b01596
摘要

Synthesis gas (CO + H2) conversion is an important process in the transformation of coal, natural gas, or biomass into higher-value products. The explicit conversion into C2+ oxygenates on transition-metal-based catalysts suffers from a low selectivity, being a consequence of an imperative integration of C–O bond splitting and C–C coupling reactions. Recently, it has been demonstrated that a bimetallic CuCo catalyst has high higher alcohol selectivity under mild reaction conditions, but the details of the reaction mechanism on the surface are still elusive. In this work, we studied the formation of methane, methanol, and ethanol from syngas on a close-packed (111) and a stepped (211) CuCo surface combining density functional theory (DFT) and microkinetic modeling. We found the CuCo alloy to be a promising candidate catalyst, displaying the required coverage of CO and CHx on the surface to facilitate C–C coupling. In addition, we found the selectivity to be very structure sensitive: the CuCo (211) surface is selective toward ethanol under certain reaction conditions, while the (111) surface is selective toward methanol. We identified the much lower C–O dissociation barrier and the higher rate of CHx–CO coupling as the reason for the high activity and selectivity toward ethanol on the (211) surface.
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