Hydrogenation of CO2 to Methanol on CeOx/Cu(111) and ZnO/Cu(111) Catalysts: Role of the Metal–Oxide Interface and Importance of Ce3+ Sites

催化作用 氧化物 甲醇 接口(物质) 材料科学 金属 无机化学 化学工程 化学 冶金 有机化学 毛细管数 工程类 复合材料 毛细管作用
作者
Sanjaya D. Senanayake,Pedro José Rueda Ramírez,Iradwikanari Waluyo,Shankhamala Kundu,Kumudu Mudiyanselage,Zongyuan Liu,Zhi Liu,Stephanus Axnanda,Dario Stacchiola,Jonathan P. Evans,José A. Rodriguez
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:120 (3): 1778-1784 被引量:143
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.5b12012
摘要

The role of the interface between a metal and oxide (CeOx–Cu and ZnO–Cu) is critical to the production of methanol through the hydrogenation of CO2 (CO2 + 3H2 → CH3OH + H2O). The deposition of nanoparticles of CeOx or ZnO on Cu(111), θoxi < 0.3 monolayer, produces highly active catalysts for methanol synthesis. The catalytic activity of these systems increases in the sequence: Cu(111) < ZnO/Cu(111) < CeOx/Cu(111). The apparent activation energy for the CO2 → CH3OH conversion decreases from 25 kcal/mol on Cu(111) to 16 kcal/mol on ZnO/Cu(111) and 13 kcal/mol on CeOx/Cu(111). The surface chemistry of the highly active CeOx–Cu(111) interface was investigated using ambient pressure X-ray photoemission spectroscopy (AP-XPS) and infrared reflection absorption spectroscopy (AP-IRRAS). Both techniques point to the formation of formates (HCOO–) and carboxylates (CO2δ−) during the reaction. Our results show an active state of the catalyst rich in Ce3+ sites which stabilize a CO2δ− species that is an essential inter...

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