Breaking the Conversion-Selectivity Trade-Off in Methanol Synthesis from CO2 Using Dual Intimate Oxide/Metal Interfaces

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作者
Qimeng Sun,Xinyu Liu,Qingqing Gu,Zhihu Sun,Hengwei Wang,Lina Cao,Yuxing Xu,Shang Li,Bing Yang,Shiqiang Wei,Junling Lu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (42): 28885-28894 被引量:45
标识
DOI:10.1021/jacs.4c09106
摘要

The selective hydrogenation of carbon dioxide (CO2) to value-added chemicals, e.g., methanol, using green hydrogen retrieved from renewable resources is a promising approach for CO2 emission reduction and carbon resource utilization. However, this process suffers from the competing side reaction of reverse water-gas shift (RWGS) and methanol decomposition, which often leads to a strong conversion-selectivity trade-off and thus a poor methanol yield. Here, we report that InOx coating of PdCu bimetallic nanoparticles (NPs) to construct intimate InOx/Cu and InOx/PdIn dual interfaces enables the break of conversion-selectivity trade-off by achieving ∼80% methanol selectivity at ∼20% CO2 conversion close to the thermodynamic limit, far superior to that of conventional metal catalysts with a single active metal/oxide interface. Comprehensive microscopic and spectroscopic characterization revealed that the InOx/PdIn interface favors the activation of CO2 to formate, while the adjacent InOx/Cu interface readily converts formate intermediates to methoxy species in tandem, which thus cooperatively boosts methanol production. These findings of dual-interface synergies via oxide coating of bimetallic NPs open a new avenue to the design of active and selective catalysts for advanced catalysis.
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