研究UiO-68负载的N-杂环卡宾基金属氢化物在CO氢化制甲醇过程中的作用

《ChemPhysChem》：Investigating the Role of UiO-68 Supported N-Heterocyclic Carbene-Based Metal-Hydrides for CO Hydrogenation to Methanol

针对传统甲醇合成中活性位点不明确、CO?引入分离难题等问题，本研究通过计算化学方法评估了UiO-68负载NHC-Cu(I)-H等单原子催化剂在CO氢化合成甲醇的可行性。结果表明，NHC-Cu(I)-H催化剂以CO为唯一碳源，显著降低反应活化能，较传统铜基及贵金属催化剂更具高效性与经济性，同时避免CO?干扰，提高氢能利用效率。

　　

摘要

甲醇的合成通常使用合成气（CO、CO₂和H₂）在Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂上进行。然而，这一过程存在许多不确定性，涉及活性位点的性质、CO和CO₂的相对作用、金属-载体相互作用的重要性以及甲醇中碳的真实来源。针对这些挑战，本文通过计算研究了负载在UiO-68上的N-杂环卡宾基金属氢化物（NHC-M(I)-H）作为单原子催化剂在甲醇合成中的应用，特别关注CO的氢化这一简化且高效的途径。研究证实，NHC-Cu(I)-H可以仅以CO为碳源催化甲醇的合成，从而避免反应混合物中CO₂的存在，因为CO₂的存在会因水的生成而使产物分离变得复杂。此外，与从CO₂合成甲醇相比，从CO合成甲醇在氢利用效率和能源节省方面更具优势。计算结果显示，使用UiO-68负载的NHC-Cu(I)-H催化剂进行甲醇合成的活化能垒低于使用其他Cu表面和贵金属基催化剂时的活化能垒。总体而言，该研究表明，通过UiO-68负载的NHC-Cu(I)-H进行CO氢化不仅是一种可行且高效的甲醇生产方法，同时也为传统的Cu/ZnO/Al₂O₃基系统提供了有吸引力的替代方案。

图形摘要

研究了负载在UiO-68上的NHC–Cu(I)–H、NHC–Ag(I)–H和NHC–Au(I)–H催化剂在CO氢化反应中的性能，发现NHC–Cu(I)–H是最高效且经济的选择，其性能优于Ag和Au基催化剂以及传统的Cu和贵金属基催化剂。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。