Insights into the Influence of ZrO2 Crystal Structures on Methyl Laurate Hydrogenation over Co/ZrO2 Catalysts

催化作用 单斜晶系 四方晶系 晶体结构 结晶学 材料科学 氧气 价(化学) 化学 无机化学 有机化学
作者
Yingdong Zhou,Li Liu,Guiying Li,Changwei Hu
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:11 (12): 7099-7113 被引量:148
标识
DOI:10.1021/acscatal.1c00632
摘要

Six kinds of ZrO2 supports (ZRX, X = 1–6) with different crystal structures (monoclinic ZrO2: m-ZrO2; tetragonal ZrO2: t-ZrO2; and mixed-phase of monoclinic and tetragonal ZrO2: mix-ZrO2) were synthesized, and their effects on the properties of Co/ZrO2 catalysts were investigated for methyl laurate hydrogenation. Among the prepared catalysts, Co/mix-ZrO2 (Co/ZR3), with the highest concentration of surface Co2+, oxygen vacancies (Ov), and complex types of exposed Co crystal planes, exhibited the highest activity and stability toward methyl laurate hydrogenation, with nearly 100% yield of liquid alkanes produced at 240 °C, or 90.5% of fatty alcohol (selectivity: 96%) at 180 °C. By exploring reaction kinetics and catalyst properties, oxygen vacancies in the support of Co/ZrO2 catalysts were found to play an important role in tuning the valence state of Co, while the crystal structure of ZrO2 influenced exposed lattice planes of cobalt. The high Ov content and active β-Co(102) crystal face of Co/ZR3 were efficient for reducing activation energies for C–C or C═O bond cleavage, causing high activity toward fatty ester hydrogenation. Less-active Co, such as α-Co(111) and α-Co(200), or oxygen vacancies made the fatty alcohol intermediate difficult to be deoxygenated to alkanes.
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