CO2加氢制甲酸理论研究及高效铁基催化剂设计

作者：刘聪; 胡兴邦^*

来源：分子催化, 2022, 36(02): 162-170.

DOI：10.16084/j.issn1001-3555.2022.02.007

• CO2
• 加氢
• 甲酸
• 理论计算
• 铁基催化剂

CO2加氢制甲酸由于需同时活化惰性氢气及CO2而富有挑战性,同时此过程原子经济性100%,具有很好的理论和现实研究价值,但文献中报道的活性较好的催化剂均为贵金属催化剂.为了开发活性更高的用于CO2加氢制甲酸的铁基催化剂,我们采用理论计算方法研究了12种不同种类的PNP-Fe(PNP=2,6-(二-叔丁基-磷甲基)吡啶)化合物催化CO2加氢制甲酸的过程.理论研究结果表明, CO2加氢制甲酸反应过程包括H2活化及CO2插入金属氢键两个步骤, H2活化过程是整个反应的速控步骤.催化剂吡啶环上进行P原子取代可以显著降低H2活化能垒.基于以上发现,我们设计了一种新颖的高效铁基催化剂,使用此催化剂催化CO2加氢制甲酸反应,速控步骤能垒只有85.6 kJ/mol,催化活性与贵金属的比较接近.我们研究的12种铁基催化剂速控步骤能垒范围为85.6～126.4 kJ/mol,显示了配体良好的调控催化活性能力.

• 单位
  南京大学; 化学化工学院