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Ethanol synthesis via catalytic CO2 hydrogenation over multi-elemental KFeCuZn/ZrO2 catalyst
Chemical Science ( IF 7.6 ) Pub Date : 2024-08-22 , DOI: 10.1039/d4sc02588a Pengfei Du 1 , Abdellah Ait El Fakir 1 , Shirun Zhao 1 , Nazmul Hasan M D Dostagir 1 , HongLi Pan 1 , Kah Wei Ting 1 , Shinya Mine 2 , Yucheng Qian 1 , Ken-Ichi Shimizu 1 , Takashi Toyao 1
Chemical Science ( IF 7.6 ) Pub Date : 2024-08-22 , DOI: 10.1039/d4sc02588a Pengfei Du 1 , Abdellah Ait El Fakir 1 , Shirun Zhao 1 , Nazmul Hasan M D Dostagir 1 , HongLi Pan 1 , Kah Wei Ting 1 , Shinya Mine 2 , Yucheng Qian 1 , Ken-Ichi Shimizu 1 , Takashi Toyao 1
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Technological enablers that use CO2 as a feedstock to create value-added chemicals, including ethanol, have gained widespread appeal. They offer a potential solution to climate change and promote the development of a circular economy. However, the conversion of CO2 to ethanol poses significant challenges, not only because CO2 is a thermodynamically stable and chemically inert molecule but also because of the complexity of the reaction routes and uncontrollability of C–C coupling. In this study, we developed an efficient catalyst, K–Fe–Cu–Zn/ZrO2 (KFeCuZn/ZrO2), which enhances the EtOH space time yield (STYEtOH) to 5.4 mmol gcat−1 h−1, under optimized conditions (360 °C, 4 MPa, and 12 L gcat−1 h−1). Furthermore, we investigated the roles of each constituent element using in situ/operando spectroscopy such as X-ray absorption spectroscopy (XAS) and diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS). These results demonstrate that all components are necessary for efficient ethanol synthesis.
中文翻译：
多元素 KFeCuZn/ZrO2 催化剂催化 CO2 加氢合成乙醇
使用CO 2作为原料来生产乙醇等增值化学品的技术推动者已经获得了广泛的吸引力。它们为气候变化提供了潜在的解决方案，并促进了循环经济的发展。然而，CO 2转化为乙醇提出了重大挑战，不仅因为CO 2是热力学稳定且化学惰性的分子，而且因为反应路线的复杂性和C-C偶联的不可控性。在这项研究中，我们开发了一种高效的催化剂K-Fe-Cu-Zn/ZrO 2 (KFeCuZn/ZrO 2 )，它可以将EtOH时空产率(STY EtOH )提高到5.4 mmol g cat -1 h -1 ，在优化条件（360 °C、4 MPa 和 12 L g cat -1 h -1 ）。此外，我们还使用原位/操作光谱（例如 X 射线吸收光谱 (XAS) 和漫反射红外傅里叶变换光谱 (DRIFTS)）研究了每种组成元素的作用。这些结果表明所有组分对于有效的乙醇合成都是必需的。
更新日期：2024-08-22
中文翻译：
多元素 KFeCuZn/ZrO2 催化剂催化 CO2 加氢合成乙醇
使用CO 2作为原料来生产乙醇等增值化学品的技术推动者已经获得了广泛的吸引力。它们为气候变化提供了潜在的解决方案，并促进了循环经济的发展。然而，CO 2转化为乙醇提出了重大挑战，不仅因为CO 2是热力学稳定且化学惰性的分子，而且因为反应路线的复杂性和C-C偶联的不可控性。在这项研究中，我们开发了一种高效的催化剂K-Fe-Cu-Zn/ZrO 2 (KFeCuZn/ZrO 2 )，它可以将EtOH时空产率(STY EtOH )提高到5.4 mmol g cat -1 h -1 ，在优化条件（360 °C、4 MPa 和 12 L g cat -1 h -1 ）。此外，我们还使用原位/操作光谱（例如 X 射线吸收光谱 (XAS) 和漫反射红外傅里叶变换光谱 (DRIFTS)）研究了每种组成元素的作用。这些结果表明所有组分对于有效的乙醇合成都是必需的。
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