In Situ Restructuring of ZnCr2O4 Spinel Catalyst Alters Elementary Surface Reaction Kinetics and Catalytic Selectivity in CO Hydrogenation Reaction

催化作用 选择性 动力学 化学动力学 歧化 格式化 活化能 化学 反应机理 反应速率 甲醇 光化学 无机化学 物理化学 有机化学 物理 量子力学
作者
Qinxue Nie,Jieqiong Ding,Dongdong Wang,Yang Liu,Wei Xiong,Yong Yang,Weixin Huang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (3): 1922-1929 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c05739
摘要

The CO hydrogenation reaction catalyzed by the ZnCr2O4 catalyst is studied using quasi-in situ XPS, temperature-programmed reaction spectroscopy, and temporal in situ diffuse reflectance Fourier transform infrared spectroscopy. At 573 K, the ZnCr2O4 catalyst selectively catalyzes the CH3OH formation reaction, in which the hydrogenation reaction of monodentate formate species is the rate-limiting step with an activation energy of approximately 60.5 kJ/mol. As the temperature increases to 673 K, CO2 and CH4 are produced at the expense of CH3OH, which can be attributed to in situ partial reduction of the ZnCr2O4 catalyst into metallic Zn. On one hand, the CO disproportionation reaction into CO2 and atomic carbon species occurs on the resulting metallic Zn, and the atomic carbon species is subsequently hydrogenated predominantly into CH4; on the other hand, the rate-limiting step of methanol synthesis on the resulting partially reduced ZnCr2O4 catalyst becomes the hydrogenation of the methoxy group with an activation energy of approximately 120.3 kJ/mol, considerably reducing the CH3OH formation rate. These results unveil that the changes in the elementary surface reaction network and the kinetics induced by in situ restructuring of the ZnCr2O4 catalyst in the CO hydrogenation reaction lead to the changes in catalytic selectivity.
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