金属担持電子移動によるCO2水素化選択性を反応条件下で制御する

Controlling CO2 hydrogenation selectivity by metal-support electron transfer under reaction conditions.

• Xiaoyu Li
• Jian Lin
• Lin Li
• Huang Yike
• Xiaoli Pan
• Sebastián E Collins
• Yujing Ren
• Yang Su
• Leilei Kang
• Xiaoyan Liu
• Yanliang Zhou
• Hua Wang
• Aiqin Wang
• Botao Qiao
• Xiaodong Wang
• Tao Zhang

抄録

CO2水素化反応の選択性を制御することで、目的とする付加価値の高い化学品や燃料を得ることができると期待されていますが、その選択性を制御するための基礎的な理解はまだ十分ではありません。しかし、その選択性を制御するための基礎的な理解が未だに不足しており、触媒の設計・開発が課題となっています。本研究では、TiO2担体の結晶相を変えるだけで選択性を完全に逆転させることができることを、常圧CO2水素化反応において発見した。オペランド分光法とNAP-XPSの研究により、反応条件の下での金属から支持体への電子移動が決定因子であることが明らかになった。この新しい発見に基づき、CO2 水素化反応の選択性を制御するだけでなく、他の重要な反応においても触媒性能を調整することができ、合理的な設計による効率的な触媒開発への扉を開くことができました。

Tuning CO 2 hydrogenation selectivity to obtain targeted value-added chemicals and fuels has attracted great yet ever-increasing attention. However, a fundamental understanding of the nature to control the selectivity is still lacking, posing a challenge in catalyst design and development. Here, we report our new discovery in ambient pressure CO 2 hydrogenation reaction where selectivity can be completely reversed by simply changing the crystal phases of TiO 2 support (anatase - or rutile-TiO 2 ) or changing metal loadings on anatase-TiO 2 . Operando spectroscopy and NAP-XPS studies reveal the determining factor is electron transfer from metal to support under reaction conditions most probably caused by hydrogen spillover, which changes the adsorption and activation of the intermediate of CO. Based on this new finding, we can not only regulate CO 2 hydrogenation selectivity but also tune catalytic performance in other important reactions, thus opening up a door for efficient catalyst development by rational design.

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