Silica-Shelled Cu-ZrO2 Catalysts with Ultra-High Dispersion and Acidity for CO2 Hydrogenation into Methanol and DME

Resumo

A hidrogenação de CO₂ em metanol e dimetil éter (DME) é uma rota promissora para a produção de combustíveis sustentáveis e compostos da química fina. Em catalisadores à base de cobre, a taxa de conversão de CO₂ também depende da área metálica de Cu, enquanto a seletividade à metanol e DME está ligada à razão Cu⁰/Cu⁺ e a acidez do catalisador, respectivamente.  Neste trabalho, reportamos as propriedades e o desempenho catalítico dos catalisadores core-shell Cu-ZrO₂@SiO₂. Os materiais apresentaram alta área específica (> 400 m².g^-1), dispersão (14 – 60%) e área metálica de cobre (90 - 375 m².g^-1), e uma notável combinação de acidez de Brønsted e Lewis (> 780 mmol.g^-1). O catalisador Cu-ZrO₂@SiO₂ (3:2) alcançou seletividade acima de 70% para metanol, 8% em DME, conversão máxima de 28% e estabilidade acima de 72 horas.  O XPS revelou a coexistência de espécies de cobre (Cu⁰/Cu⁺ e Cu²⁺) e ligação com a sílica (Cu²⁺–O– Si/ Cu⁺–O– Si), o que aumentou os sítios ativos disponíveis para a reação. A presença de espécies ZrO^δ+ (ZrO_x e Zr –O– Si) e a alta concentração de defeitos estruturais também contribuiu para a adsorção de CO₂ e estabilidade das espécies de Cu, suprimindo a desativação oxidativa.