中科大|侯中怀&罗毅教授ACS Catal：双功能催化剂上二氧化碳还原的邻近依赖选择性的动力学观点- 大数跨境

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中科大|侯中怀&罗毅教授ACS Catal：双功能催化剂上二氧化碳还原的邻近依赖选择性的动力学观点

科学材料站

2020-11-16

导读：该工作揭示了这种依赖性与所涉及的动力学密切相关。我们的发现强调了动力学效应在多功能催化剂设计中的重要性。

文章信息

双功能催化剂上二氧化碳还原的邻近依赖选择性的动力学观点

第一作者：Huijun Jiang

通讯作者：侯中怀*，罗毅*

单位：中国科学技术大学

研究背景

由于日益增长的能源需求，化石燃料燃烧产生的碳氧化物(CO2)的排放现在是一个全球紧迫的环境问题。作为解决方案之一，化学还原为将二氧化碳转化为有价值的产品提供了一种有前途的方法。

迄今为止，已经提出了许多单功能催化剂来将二氧化碳转化为各种单碳原料，如一氧化碳、甲酸、甲烷或甲醇。然而，直接形成碳碳键的极低速率阻碍了二氧化碳在单功能催化剂上还原为具有多个碳的烃。

作为替代方案，由两种不同的功能组分组成的双功能催化剂可以为CO2还原反应(CO2RR)带来新的反应性和/或选择性。

文章简介

近日，中国科学技术大学侯中怀，罗毅教授等在国际期刊ACS catalysis上发表题为“A Kinetic View on Proximity-Dependent Selectivity of Carbon Dioxide Reduction on Bifunctional Catalysts”的研究工作。

该工作揭示了这种依赖性与所涉及的动力学密切相关。基于反应扩散动力学和粗颗粒模型上的动力学蒙特卡罗模拟，一个著名的例子，即在由HZSM-5和In2O3组成的双功能催化剂上从二氧化碳到液体燃料的近似依赖选择性，已经被系统地检验。

本文发现在In2O3上生成的中间体甲醇的扩散动力学对选择性起决定性作用。对于不同的In2O3/HZSM-5接近度，局部甲醇浓度导致HZSM-5内后续甲醇-烃反应的主导过程发生变化，导致产生具有高度高选择性的有利液体燃料的优选反应窗口。我们的发现强调了动力学效应在多功能催化剂设计中的重要性。

本文要点

要点一：这项工作发现液体燃料(C5+)从CO2RR的邻近依赖选择性实际上是在In2O3/HZSM-5双功能催化剂上受动力学控制的，其中CO2被催化成为组分In2O3上的中间物种CH3OH，并且烃通过组分HZSM-5内的MTH反应形成。

要点二：CH3OH的中等局部浓度被发现是高C5+烃选择性的反应窗口的关键因素，而局部浓度强烈依赖于CH3OH从In2O3to到HZSM-5的扩散，并且可以通过其来调节。

要点三：我们的发现强调，除了能量学，动力学也是双功能催化剂设计中的一个重要因素。因为中间物质在组分之间的扩散由生产速率、扩散常数、边界条件、催化剂组分的排列等决定。

文章链接

A Kinetic View on Proximity-Dependent Selectivity of Carbon Dioxide Reduction on Bifunctional Catalysts

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c03414

通讯作者介绍

侯中怀，教授，博士生导师

中国科学技术大学化学物理系，合肥微尺度科学国家实验室理论与计算科学部。2013年获宝钢优秀教师奖, 2013年获平凡基金教育奖, 2012年获安徽省教学成果特等奖, 2011年获国家基金委杰出青年基金资助, 2008年获中科院朱李月华优秀教师奖, 2006年获“中国化学会青年化学奖”,2005年入选 “教育部新世纪优秀人才”,2004年入选 “百千万人才工程国家级人选”,“复杂化学体系重要非线性问题研究”获2003年安徽省自然科学一等奖(排名第2),2000年获全国百篇优秀博士论文奖,1998年博士毕业获得中国科大“郭沫若奖学金”近期主要方向包括：(1)复杂化学体系多尺度理论方法及路径采样方法的发展；(2)小化学体系的涨落效应；(3)活性软物质的成核及自组装动力学；(4)浓溶液及受限空间的反应扩散过程；(5)随机热力学。

http://staff.ustc.edu.cn/~hzhlj/hzh_Chinese.html

罗毅，教授，博士生导师

2008- 至今教授，中国科学技术大学化学物理系；2005-2010 教授, 瑞典皇家理工学院；2000-2005 副教授, 瑞典皇家理工学院；1997-2000 助理教授, 瑞典斯德哥尔摩大学；1992-1996 博士, 瑞典林雪平大学；1989-1992 研究助理，诺贝尔奖获得者Kai Siegbahn教授 ESCA-Laser World Laboratory, 瑞典乌普萨拉大学；1985-1989 硕博连读，中国科学院上海光学和精密机械研究所；1981-1985 学士，华中科技大学（华中工学院）。研究兴趣：1.理论化学方法；2.单分子电子学；3.分子和生物光子学；4.同步辐射X-射线物理化学；5.纳米催化；6.非线性等离基元谱学和等离激元光化学。

https://dcp.ustc.edu.cn/2013/1107/c4475a39700/page.htm

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