ChemCatChem:强金属载体相互作用:表征、调控及其在费托合成和常压CO2加氢反应中的应用

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调节负载型催化剂金属与载体间的相互作用(MSI)可以调控多相催化反应的活性、选择性和稳定性,是多相催化领域研究的热门方向。当前,金属载体相互作用的研究主要集中在CO、CO2及CH4等C1小分子的转化利用,主要包括:CO加氢(费托合成,CO甲烷化,制甲醇),CO2加氢(常压甲烷化、逆水煤气变换反应及高压制烯烃、含氧产物),甲烷干重整等。通过调控金属载体相互作用可以改变表面物种吸附状态从而调控反应路径,实现上述反应的单一产物选择性调控。


近日,中国科学院上海高等研究院钟良枢/林铁军研究员课题组在ChemCatChem期刊发表了“Strong Metal-Support Interactions: From Characterization, Manipulation to Application in Fischer-Tropsch Synthesis and Atmospheric CO2 hydrogenation”的综述文章,文章总结了强金属载体相互作用(SMSI)的发展历程、表征手段、新型SMSI构建手段以及在费托合成及常压CO2加氢反应中的应用,并对强金属载体相互作用在上述领域的发展做出了展望。



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可还原性载体(TiO2、CeO2等)与Pt、Ru、Rh、Ir、Au、Co、Ni等金属在>500°C氢气下还原后会发生SMSI现象,形成包覆结构、界面位点或者电子转移现象。在费托合成领域,常通过不同还原温度构筑Ru、Co、Ni与TiO2间的界面位点,适当的界面位点可以促进C-C偶联促进C2+产物的生成同时抑制CH4的生成。在常压CO2加氢反应中,伴随甲烷化反应和逆水煤气变换反应的同时发生,在温和条件下实现单一产物的选择性调控显得尤为重要。目前认为暴露的金属位点有利于甲烷化反应,而通过SMSI构建包覆结构可以改变CO2在催化剂表面的吸附状态及活化路径,从而得到单一的CO。当然,SMSI效应的应用仍然存在较大挑战,例如SMSI作用形成的完全包覆结构会覆盖活性位点,导致CO/CO2转化率较低。在结论部分提出了几种可能解决上述挑战的方法:(1) 发展多种原位表征手段(In-situ HRTEM, XAS, XPS and IR)深入理解SMSI现象的本质; (2) 可穿透包覆层的构建(表面吸附物种诱导的SMSI、原子层沉积诱导的SMSI)。综述着重总结了SMSI效应在费托合成和常压CO2加氢反应中的应用,并为未来SMSI效应在上述领域中的发展提供了可行的思路。

文信息

Strong Metal-Support Interactions: From Characterization, Manipulation to Application in Fischer-Tropsch Synthesis and Atmospheric CO2 hydrogenation

Wenzhe Zhang, Heyun Lin, Yunlei An, Tiejun Lin, Liangshu Zhong


ChemCatChem

DOI: 10.1002/cctc.202301623

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