From organometallic zinc and copper complexes to highly active colloidal catalysts for the conversion of CO2 to methanol

ACS Catalysis

Volumn 5, Issue 5, 2015, Pages 2895-2902

  Brown, Neil J ^a   García Trenco, Andrés ^a   Weiner, Jonathan ^a   White, Edward R ^a   Allinson, Matthew ^a   Chen, Yuxin ^a   Wells, Peter P ^b,c   Gibson, Emma K ^b,c   Hellgardt, Klaus ^a   Shaffer, Milo S P ^a   Williams, Charlotte K ^a  

^a IMPERIAL COLLEGE LONDON   (United Kingdom)

^b RESEARCH COMPLEX AT HARWELL   (United Kingdom)

^c UNIVERSITY COLLEGE LONDON   (United Kingdom)

Author keywords

catalysts from organometallic; CO2 reduction; colloidal catalysts; Cu ZnO catalysts; hydrogenation of CO2; methanol synthesis; nanocatalysts; nanoparticles

Indexed keywords

CARBON DIOXIDE; CATALYST ACTIVITY; HIGH RESOLUTION TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY; HYDROGENATION; II-VI SEMICONDUCTORS; METHANOL; MIXTURES; NANOCATALYSTS; NANOPARTICLES; ORGANOMETALLICS; SYNTHESIS (CHEMICAL); SYNTHESIS GAS MANUFACTURE; TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY; ULTRAVIOLET VISIBLE SPECTROSCOPY; X RAY DIFFRACTION; ZINC OXIDE; ZNO NANOPARTICLES;

CATALYST COMPOSITION; CATALYST CONCENTRATION; CHARACTERIZATION METHODS; CO2 REDUCTION; COLLOIDAL CATALYSTS; CU-ZNO CATALYSTS; METHANOL SYNTHESIS; X-RAY DIFFRACTION TECHNIQUES;

COPPER COMPOUNDS;

EID: 84929017981     PISSN: None     EISSN: 21555435     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cs502038y     Document Type: Article

References (80)

1. MacDowell, N.; Florin, N.; Buchard, A.; Hallett, J.; Galindo, A.; Jackson, G.; Adjiman, C. S.; Williams, C. K.; Shah, N.; Fennell, P. Energy Environ. Sci. 2010, 3, 1645-1669 10.1039/c004106h
2. Kember, M. R.; Buchard, A.; Williams, C. K. Chem. Commun. 2011, 47, 141-163 10.1039/C0CC02207A
3. Aresta, M. Carbon Dioxide as a Chemical Feedstock. Wiley-VCH: Weinheim, 2010.
4. Darensbourg, D. J. Inorg. Chem. 2010, 49, 10765-10780 10.1021/ic101800d
5. Peters, M.; Köhler, B.; Kuckshinrichs, W.; Leitner, W.; Markewitz, P.; Müller, T. E. ChemSusChem 2011, 4, 1216-1240 10.1002/cssc.201000447
6. Wesselbaum, S.; vom Stein, T.; Klankermayer, J.; Leitner, W. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 7499-7502 10.1002/anie.201202320
7. Balaraman, E.; Gunanathan, C.; Zhang, J.; Shimon, L. J. W.; Milstein, D. Nat. Chem. 2011, 3, 609-614 10.1038/nchem.1089
8. Menard, G.; Stephan, D. W. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1796-1797 10.1021/ja9104792
9. Kondratenko, E. V.; Mul, G.; Baltrusaitis, J.; Larrazabal, G. O.; Perez-Ramirez, J. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 3112-3135 10.1039/c3ee41272e
10. Olah, G. A. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 104-107 10.1002/anie.201204995
11. Pontzen, F.; Liebner, W.; Gronemann, V.; Rothaemel, M.; Ahlers, B. Catal. Today 2011, 171, 242-250 10.1016/j.cattod.2011.04.049
12. Olah, G. A.; Goeppert, A.; Prakash, G. K. S. J. Org. Chem. 2009, 74, 487-498 10.1021/jo801260f
13. Yang, C.-J.; Jackson, R. B. Energy Policy 2012, 41, 878-884 10.1016/j.enpol.2011.11.037
14. Strunk, J.; Kähler, K.; Xia, X.; Muhler, M. Surf. Sci. 2009, 603, 1776-1783 10.1016/j.susc.2008.09.063
15. Baltes, C.; Vukojevic, S.; Schuth, F. J. Catal. 2008, 258, 334-344 10.1016/j.jcat.2008.07.004
16. Behrens, M.; Studt, F.; Kasatkin, I.; Kuhl, S.; Havecker, M.; Abild-Pedersen, F.; Zander, S.; Girgsdies, F.; Kurr, P.; Kniep, B. L.; Tovar, M.; Fischer, R. W.; Norskov, J. K.; Schlogl, R. Science 2012, 336, 893-897 10.1126/science.1219831
17. Hansen, P. L.; Wagner, J. B.; Helveg, S.; Rostrup-Nielsen, J. R.; Clausen, B. S.; Topsoe, H. Science 2002, 295, 2053-2055 10.1126/science.1069325
18. Fichtl, M. B.; Schumann, J.; Kasatkin, I.; Jacobsen, N.; Behrens, M.; Schlögl, R.; Muhler, M.; Hinrichsen, O. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 7043-7047 10.1002/anie.201400575
19. Saito, M.; Murata, K. Catal. Surv. Asia 2004, 8, 285-294 10.1007/s10563-004-9119-y
20. Saito, M.; Takeuchi, M.; Fujitani, T.; Toyir, J.; Luo, S. C.; Wu, J. G.; Mabuse, H.; Ushikoshi, K.; Mori, K.; Watanabe, T. Appl. Organomet. Chem. 2000, 14, 763-772 10.1002/1099-0739(200012)14:12<763::AID-AOC98>3.0.CO;2-4
21. Wang, W.; Wang, S. P.; Ma, X. B.; Gong, J. L. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 3703-3727 10.1039/c1cs15008a
22. Wu, J. G.; Saito, M.; Takeuchi, M.; Watanabe, T. Appl. Catal., A 2001, 218, 235-240 10.1016/S0926-860X(01)00650-0
23. Li, C.; Yuan, X.; Fujimoto, K. Appl. Catal., A 2014, 469, 306-311 10.1016/j.apcata.2013.10.010
24. Natesakhawat, S.; Lekse, J. W.; Baltrus, J. P.; Ohodnicki, P. R.; Howard, B. H.; Deng, X. Y.; Matranga, C. ACS Catal. 2012, 2, 1667-1676 10.1021/cs300008g
25. Saito, M.; Fujitani, T.; Takeuchi, M.; Watanabe, T. Appl. Catal., A 1996, 138, 311-318 10.1016/0926-860X(95)00305-3
26. Fisher, I. A.; Bell, A. T. J. Catal. 1997, 172, 222-237 10.1006/jcat.1997.1870
27. Liu, X. M.; Lu, G. Q.; Yan, Z. F.; Beltramini, J. Ind. Eng. Chem. Res. 2003, 42, 6518-6530 10.1021/ie020979s
28. Fujita, S.; Usui, M.; Ito, H.; Takezawa, N. J. Catal. 1995, 157, 403-413 10.1006/jcat.1995.1306
29. Koeppel, R. A.; Baiker, A.; Wokaun, A. Appl. Catal., A 1992, 84, 77-102 10.1016/0926-860X(92)80340-I
30. Dutta, G.; Sokol, A. A.; Catlow, C. R. A.; Keal, T. W.; Sherwood, P. ChemPhysChem 2012, 13, 3453-3456 10.1002/cphc.201200517
31. Grabow, L. C.; Mavrikakis, M. ACS Catal. 2011, 1, 365-384 10.1021/cs200055d
32. Behrens, M.; Schloegl, R. Z. Anorg. Allg. Chem. 2013, 639, 2683-2695 10.1002/zaac.201300356
33. Weiss, R.; Guo, Y. Z.; Vukojevic, S.; Khodeir, L.; Boese, R.; Schuth, F.; Muhler, M.; Epple, M. Eur. J. Inorg. Chem. 2006, 1796-1802 10.1002/ejic.200600005
34. Liao, F. L.; Huang, Y. Q.; Ge, J. W.; Zheng, W. R.; Tedsree, K.; Collier, P.; Hong, X. L.; Tsang, S. C. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 2162-2165 10.1002/anie.201007108
35. Liao, F. L.; Zeng, Z. Y.; Eley, C.; Lu, Q.; Hong, X. L.; Tsang, S. C. E. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 5832-5836 10.1002/anie.201200903
36. Zhou, X. W.; Qu, J.; Xu, F.; Hu, J. P.; Foord, J. S.; Zeng, Z. Y.; Hong, X. L.; Tsang, S. C. E. Chem. Commun. 2013, 49, 1747-1749 10.1039/c3cc38455a
37. Lee, S. G.; Sardesai, A. Top. Catal. 2005, 32, 197-207 10.1007/s11244-005-2891-8
38. Hambrock, J.; Rabe, S.; Merz, K.; Birkner, A.; Wohlfart, A.; Fischer, R. A.; Driess, M. J. Mater. Chem. 2003, 13, 1731-1736 10.1039/b301172k
39. Hambrock, J.; Schroter, M. K.; Birkner, A.; Woll, C.; Fischer, R. A. Chem. Mater. 2003, 15, 4217-4222 10.1021/cm0341383
40. Lu, L. H.; Wohlfart, A.; Parala, H.; Birkner, A.; Fischer, R. A. Chem. Commun. 2003, 40-41 10.1039/b208988b
41. Tkachenko, O. P.; Klementiev, K. V.; Loffler, E.; Ritzkopf, I.; Schuth, F.; Bandyopadhyay, M.; Grabowski, S.; Gies, H.; Hagen, V.; Muhler, M.; Lu, L. H.; Fischer, R. A.; Grunert, W. Phys. Chem. Chem. Phys. 2003, 5, 4325-4334 10.1039/b303429a
42. Kurtz, M.; Bauer, N.; Buscher, C.; Wilmer, H.; Hinrichsen, O.; Becker, R.; Rabe, S.; Merz, K.; Driess, M.; Fischer, R. A.; Muhler, M. Catal. Lett. 2004, 92, 49-52 10.1023/B:CATL.0000011085.88267.a6
43. Lu, L. H.; Fischer, R. A. Chem. Lett. 2004, 33, 1318-1319 10.1246/cl.2004.1318
44. Cokoja, M.; Parala, H.; Schroter, M. K.; Birkner, A.; van den Berg, M. W. E.; Klementiev, K. V.; Grunert, W.; Fischer, R. A. J. Mater. Chem. 2006, 16, 2420-2428 10.1039/b602871c
45. Schroeder, F.; Hermes, S.; Parala, H.; Hikov, T.; Muhler, M.; Fischer, R. A. J. Mater. Chem. 2006, 16, 3565-3574 10.1039/b606814f
46. Schroter, M. K.; Khodeir, L.; van den Berg, M. W. E.; Hikov, T.; Cokoja, M.; Miao, S. J.; Grunert, W.; Muhler, M.; Fischer, R. A. Chem. Commun. 2006, 2498-2500 10.1039/b602261h
47. Lu, L.; Hu, S.; Lee, H.-I.; Woell, C.; Fischer, R. A. J. Nanoparticle Res. 2007, 9, 491-496 10.1007/s11051-006-9087-4
48. Hikov, T.; Rittermeier, A.; Luedemann, M.-B.; Herrmann, C.; Muhler, M.; Fischer, R. A. J. Mater. Chem. 2008, 18, 3325-3331 10.1039/b801304g
49. Mueller, M.; Hermes, S.; Kaehler, K.; van den Berg, M. W. E.; Muhler, M.; Fischer, R. A. Chem. Mater. 2008, 20, 4576-4587 10.1021/cm703339h
50. Lee, B. H.; Hwang, J. K.; Nam, J. W.; Lee, S. U.; Kim, J. T.; Koo, S.-M.; Baunemann, A.; Fischer, R. A.; Sung, M. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 4536-4539 10.1002/anie.200900414
51. Rittermeier, A.; Miao, S.; Schroeter, M. K.; Zhang, X.; van den Berg, M. W. E.; Kundu, S.; Wang, Y.; Schimpf, S.; Loeffler, E.; Fischer, R. A.; Muhler, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 8358-8366 10.1039/b908034a
52. Schimpf, S.; Rittermeier, A.; Zhang, X.; Li, Z.-A.; Spasova, M.; van den Berg, M. W. E.; Farle, M.; Wang, Y.; Fischer, R. A.; Muhler, M. ChemCatChem 2010, 2, 214-222 10.1002/cctc.200900252
53. Sliem, M. A.; Hikov, T.; Li, Z.-A.; Spasova, M.; Farle, M.; Schmidt, D. A.; Havenith-Newen, M.; Fischer, R. A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 9858-9866 10.1039/c003861j
54. Sliem, M. A.; Turner, S.; Heeskens, D.; Kalidindi, S. B.; Van Tendeloo, G.; Muhler, M.; Fischer, R. A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 8170-8178 10.1039/c2cp40482f
55. Vukojevic, S.; Trapp, O.; Grunwaldt, J. D.; Kiener, C.; Schuth, F. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 7978-7981 10.1002/anie.200503169
56. Simon, M.; Mortreux, A.; Petit, F. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1988, 1445-1446 10.1039/c39880001445
57. Corker, J. M.; Evans, J. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1994, 1027-1029 10.1039/c39940001027
58. Gonzalez-Campo, A.; Orchard, K. L.; Sato, N.; Shaffer, M. S. P.; Williams, C. K. Chem. Commun. 2009, 4034-4036 10.1039/b905353k
59. Orchard, K. L.; Harris, J. E.; White, A. J. P.; Shaffer, M. S. P.; Williams, C. K. Organometallics 2011, 30, 2223-2229 10.1021/om200004a
60. Orchard, K. L.; Shaffer, M. S. P.; Williams, C. K. Chem. Mater. 2012, 24, 2443-2448 10.1021/cm300058d
61. Orchard, K. L.; White, A. J. P.; Shaffer, M. S. P.; Williams, C. K. Organometallics 2009, 28, 5828-5832 10.1021/om900683z
62. Brown, N. J.; Weiner, J.; Hellgardt, K.; Shaffer, M. S. P.; Williams, C. K. Chem. Commun. 2013, 49, 11074-11076 10.1039/c3cc46203j
63. Vidjayacoumar, B.; Emslie, D. J. H.; Blackwell, J. M.; Clendenning, S. B.; Britten, J. F. Chem. Mater. 2010, 22, 4854-4866 10.1021/cm101443x
64. Vidjayacoumar, B.; Emslie, D. J. H.; Clendenning, S. B.; Blackwell, J. M.; Britten, J. F.; Rheingold, A. Chem. Mater. 2010, 22, 4844-4853 10.1021/cm101442e
65. Curtis, A. C.; Duff, D. G.; Edwards, P. P.; Jefferson, D. A.; Johnson, B. F. G.; Kirkland, A. I.; Wallace, A. S. J. Phys. Chem. 1988, 92, 2270-2275 10.1021/j100319a035
66. Papavassiliou, C.; Kokkinakis, T. J. Phys. F: Met. Phys. 1974, 4, L67 10.1088/0305-4608/4/3/006
67. Rothe, J.; Hormes, J.; Bonnemann, H.; Brijoux, W.; Siepen, K. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 6019-6023 10.1021/ja972748w
68. Montano, P. A.; Shenoy, G. K.; Alp, E. E.; Schulze, W.; Urban, J. Phys. Rev. Lett. 1986, 56, 2076-2079 10.1103/PhysRevLett.56.2076
69. Beale, A. M.; Weckhuysen, B. M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 5562-5574 10.1039/b925206a
70. Creighton, J. A.; Eadon, D. G. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1991, 87, 3881-3891 10.1039/ft9918703881
71. Sawant, A.; Ko, M. K.; Parameswaran, V.; Lee, S.; Kulik, C. J. Fuel Sci. Technol. 1987, 5, 77-88 10.1080/08843758708915847
72. Selvam, N. C. S.; Narayanan, S.; Kennedy, L. J.; Vijaya, J. J. J. Environ. Sci. 2013, 25, 2157-2167 10.1016/S1001-0742(12)60277-0
73. Huang, M.; Xu, C.; Wu, Z.; Huang, Y.; Lin, J.; Wu, J. Dyes Pigm. 2008, 77, 327-334 10.1016/j.dyepig.2007.01.026
74. Fujitani, T.; Saito, M. Catal. Lett. 1994, 25, 271-276 10.1007/BF00816307
75. Yurieva, T. M.; Plyasova, L. M.; Makarova, O. V.; Krieger, T. A. J. Mol. Catal. A: Chem. 1996, 113, 455-468 10.1016/S1381-1169(96)00272-5
76. Chinchen, G. C.; Spencer, M. S.; Waugh, K. C.; Whan, D. A. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1987, 83, 2193-2212 10.1039/f19878302193
77. Chinchen, G. C.; Waugh, K. C.; Whan, D. A. Appl. Catal. 1986, 25, 101-107 10.1016/S0166-9834(00)81226-9
78. Behrens, M. J. Catal. 2009, 267, 24-29 10.1016/j.jcat.2009.07.009
79. Behrens, M.; Zander, S.; Kurr, P.; Jacobsen, N.; Senker, J.; Koch, G.; Ressler, T.; Fischer, R. W.; Schlögl, R. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 6061-6068 10.1021/ja310456f
80. Grandjean, D.; Castricum, H. L.; Van Den Heuvel, J. C.; Weckhuysen, B. M. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 16892-16901 10.1021/jp055820i