图1:Ru/TiO2催化剂的催化性能 a不同Ru/TiO2催化剂对CO2加氢产物及硫含量的比较。b含或不含SO42−的Ru/TiO2催化剂的温度依赖性CO2转化率和CH4选择性。c与商用Ru/Al2O3催化剂在350℃下CH4产率和商用CuO/ZnO/Al2O3催化剂在410℃下CO产率的比较。d在350℃下空气和/或H2预处理Ru/Ti-S催化剂上的产物选择性。
图4 |揭示微量硫酸盐改性催化性能的来源。a Ru/Ti-S-AR、Ru/Ti-SR、Ru/Ti-AR和Ru/Ti-R暴露于H2气体后的原位漂移。b在不同温度下Ru/Ti-S-AR暴露于H2气体后的原位漂移。c无硫酸盐和含硫酸盐Ru/TiO2催化剂(红色，O；灰色，Ti；青色，Ru；黄色，S；绿色，H). d无硫酸盐和含硫酸盐Ru/TiO2催化剂上CO2加氢机理示意图。
研究发现，在二氧化碳加氢过程中，决定 Ru/TiO2 催化剂产物选择性的关键因素是商用二氧化钛载体中残留硫酸盐的存在，而不是二氧化钛的晶体结构。不含硫酸盐的催化剂具有较高的 CH4 选择性，而含硫酸盐的催化剂则具有较高的 CO 选择性。在空气中进行高温退火会导致硫酸盐迁移到 Ru/TiO2 界面，并在那里充当中间体，促进 H 从 Ru 转移到 TiO2。这种强烈的 H 溢出降低了 CO 中间体的活化，导致 CO2 转化率低，但 CO 选择性高。这些结果突显了痕量杂质在催化过程中的影响，并可指导开发更高效、选择性更高的催化剂。
Chen, M., Liu, L., Chen, X. et al. Sulfate residuals on Ru catalysts switch CO2 reduction from methanation to reverse water-gas shift reaction. Nat Commun 15, 9478 (2024).
DOI: 10.1038/s41467-024-53909-8
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