通过将Au负载在不同形貌的In2O3上来提高氧空位浓度以增强CO2加氢制甲醇性能
Boosting oxygen vacancies by modulating the morphology of Au decorated In2O3 with enhanced CO2 hydrogenation activity to CH3OH
Ruxian Hou, Jiewen Xiao, Qian Wu, Tianyu Zhang*, Qiang Wang*
https://doi.org/10.1016/j.jes.2023.05.010
摘要
CO2加氢合成甲醇已成为CO2控制的有效途径之一，但反应中的CO2转化率和甲醇选择性仍需提高以满足工业应用的需求。通过调节In2O3的形貌以及负载Au，研究了In2O3基催化剂在CO2转甲醇反应中的结构-活性关系。本文制备了三种Au/In2O3催化剂，它们的活性顺序为：Au/In2O3-纳米球（Au/In2O3-NS）> Au/In2O3-纳米片（Au/In2O3-NP）> Au/In2O3-空心微球（Au/In2O3-HM）。Au/In2O3-NS在300°C下表现出最佳性能，CO2转化率为12.7%，甲醇选择性为59.8%，时空产率为0.32 g CH3OH/(hr·gcat)。Au/In2O3-NS的高性能被认为与Au的存在有关，它有助于催化剂生成更多的表面氧缺陷，进一步促进CO2的吸附和激活，形成甲酸盐中间体向甲醇转化。结果表明通过形貌建构和负载Au可以有效提升In2O3催化剂的活性。
亮点
实验结果说明Au/In2O3-NS催化剂的优异性能归因于氧空位的浓度和Au与In2O3载体产生的强金属-氧化物界面。本文通过简单的结构工程促进CO2转甲醇催化剂的发展，同时为深入了解氧空位和金属氧化物界面在CO2加氢反应中的作用提供更深入的见解。
Abstract
CO2 hydrogenation to methanol has become one of the most promising ways for CO2 utilization, however, the CO2 conversion rate and methanol selectivity of this reaction still need to be improved for industrial application. Here we investigated the structure-activity relationship for CO2 conversion to methanol of In2O3-based catalysts by modulating morphology and decorating Au. Three different Au/In2O3 catalysts were prepared, their activity follow the sequence of Au/In2O3-nanosphere (Au/In2O3-NS) > Au/In2O3-nanoplate (Au/In2O3-NP) > Au/In2O3-hollow microsphere (Au/In2O3-HM). Au/In2O3-NS exhibited the best performance with good CO2 conversion of 12.7%, high methanol selectivity of 59.8%, and large space time yield of 0.32 g CH3OH/(hr·gcat) at 300°C. The high performance of Au/In2O3-NS was considered as the presence of Au. It contributes to the creation of more surface oxygen vacancies, which further promoted the CO2 adsorption and facilitated CO2 activation to form the formate intermediates towards methanol. This work clearly suggests that the activity of In2O3 catalyst can be effective enhanced by structure engineering and Au decorating.
作者简介
第一作者
侯茹贤，2020 年 9 月于北京林业大学环境科学与工程学院环境工程专业攻读硕士学位。硕士期间主要从事In2O3基催化剂的制备及其催化CO2制甲醇的性能研究，以第一作者发表SCI论文1篇。
通讯作者
张天雨，北京林业大学副教授。主要从事碳基小分子的催化转化与工程应用开发。以第一/通讯作者（含共同）在Nat. Sustain.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.、Chem. Eng. J.等重要期刊杂志上发表学术论文30余篇，多篇入选ESI高被引论文，被引900余次。担任J. Energy Chem. 和 J. Environ. Sci.等期刊青年编委。
王强
王强，北京林业大学发展规划处处长、环境科学与工程学院教授。入选国家杰青、国家优青、国家海外高层次人才引进计划等国家人才项目。任J. Environ. Sci.编委、J. Energy Chem.责任编辑、J. CO2 Util.特刊主编。任中国环境科学学会理事会理事、北京环境科学学会青年工作委员会副主任委员。主要从事大气污染物与二氧化碳协同控制新材料与新技术研究，在Chem. Rev.、Energy Environ. Sci.、Angew. Chem. Int. Edit.、Adv. Mater.、Environ. Sci. Technol. 等期刊发表SCI论文260余篇，引用22000余次，H因子64；主持项目20余项，获授权国际/国内专利15项；主编英文专著3部；以第一完成人获教育部优秀成果二等奖等4项。
原文链接
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1001074223002085
引用格式
Ruxian Hou, Jiewen Xiao, Qian Wu, Tianyu Zhang, Qiang Wang, 2024. Boosting oxygen vacancies by modulating the morphology of Au decorated In2O3 with enhanced CO2 hydrogenation activity to CH3OH. J. Environ. Sci. 140, 91-102.
