研究概述

尽管对氢在金属氧化物上的吸附和活化进行了广泛的研究，但对氢在加氢反应中的结构依赖性活化及其选择性机理的研究仍然是一个挑战。

基于此，2024年12月2日，中国科学院大连化学物理研究所包信和院士/潘秀莲研究员/焦峰研究员在国际顶级期刊Journal of the American Chemical Society发表题为《Surface Structure Dependent Activation of Hydrogen over Metal Oxides during Syngas Conversion》的研究论文。

在这里，研究人员选取具有相似的体相化学组成的尖晶石和固溶体MnGaOx为研究对象，研究了在合成气转化中氢气的活化机理和反应活性。

结果表明，MnGaOx-固溶体（MnGaOx-SS）是一种具有富Ga表面的典型Mn掺杂密排六方（HCP）Ga2O3，在接触氢气后，同时生成Ga-H和O-H物种。

Ga-H在CO活化（生成CHxO）和乙烯加氢（生成乙烷）中具有高活性，但没有选择性。

相比之下，MnGaOx-尖晶石是一种面心立方（FCC）尖晶石相，具有富Mn表面，从而有效抑制了Ga-H物种的形成。

有趣的是，在MnGaOx-尖晶石上，只有部分O-H物种对CO活化具有活性，而O-H物种对烯烃加氢具有惰性。

因此，MnGaOx-尖晶石在与SAPO-18结合用于合成气转化时，表现出比MnGaOx-SS更高的活性和更高的低碳烯烃选择性。

这些基本认识对于指导金属氧化物催化剂加氢选择性控制的设计和进一步优化至关重要。

图文解读

图1：MnGaOx的结构与表面元素分析

图2：H2在氧化物上活化的原位傅里叶变换红外（FTIR）研究和D2-TPD研究

图3：原位FTIR研究氢在CO活化中的反应性

文献信息

Surface Structure Dependent Activation of Hydrogen over Metal Oxides during Syngas Conversion,Journal of the American Chemical Society,2024. https://doi.org/10.1021/jacs.4c14395.