Capsule‐Structured Copper–Zinc Catalyst for Highly Efficient Hydrogenation of Carbon Dioxide to Methanol

催化作用 甲醇 材料科学 乙二醇 水溶液 化学 傅里叶变换红外光谱 乙烯 化学工程 有机化学 工程类
作者
Yongle Guo,Xinwen Guo,Song Chen,Xinghua Han,Hongyang Li,Zhongkui Zhao
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:12 (22): 4916-4926 被引量:18
标识
DOI:10.1002/cssc.201902485
摘要

Abstract To develop a new and efficient CO 2 ‐to‐methanol catalyst is of extreme significance but still remains a challenge. Herein, an innovative indirect two‐step strategy is reported to synthesize a highly efficient capsule‐structured copper‐based CO 2 ‐to‐methanol catalyst (CZA‐r@CZM). It consists of a structurally reconstructed millimeter‐sized Cu/ZnO/Al 2 O 3 core (CZA‐r) with intensified Cu–ZnO interactions, which is made by a facile hydrothermal treatment in an alkaline aqueous solution, and a Cu/ZnO/MgO (CZM) shell prepared by an ethylene glycol‐assisted physical coating method. The CZA‐r core displays 2.7 times higher CO 2 hydrogenation activity with 2.0 times higher CO selectivity than the previously reported Cu/ZnO/Al 2 O 3 (CZA‐p), whereas the CZM shell can efficiently catalyze hydrogenation of the as‐formed CO from the CZA‐r core to methanol as it passes through the shell. As a result, the developed capsule‐structured CZA‐r@CZM catalyst exhibits 2.4 times higher CO 2 conversion with 1.8 times higher turnover frequency and 2.3‐fold higher methanol space–time yield than the CZA‐p catalyst (729.8 vs. 312.6 g MeOH kg cat −1 h −1 ). In situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTs) experiments reveal that the CO 2 hydrogenation reaction proceeds through a reverse water–gas shift reaction followed by a CO hydrogenation pathway via an *H 3 CO intermediate. This work not only produces an efficient CO 2 ‐to‐methanol catalyst, but also opens a new avenue for designing superior catalysts for other consecutive transformations.

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