Cl- Mediated Facet Engineering and Electronic Modulation of Fe/MgO-CaO Catalysts for Glycerol Hydrogenolysis

doi:10.7503/cjcu20250394

Abstract

Abstract:

To overcome the limitations of active component aggregation and uncontrolled facet exposure typical of impregnation methods， we report a chloride-mediated engineering strategy to precisely tailor the morphology and electronic structure of Fe/MgO-CaO catalysts. Structural characterizations reveal that the gas-etching effect during NH₄Cl pyrolysis creates a porous architecture. Acting as a morphological modifier， NH₄Cl induces the directional growth of MgO-CaO from disordered sheets into a rod-like structure with preferentially exposed（200） facets. At the microstructural level， Cl⁻ doping strengthens the interaction between Fe species and the MgO lattice. This effectively inhibits the agglomeration of active components and promotes the formation of a highly dispersed Mg-Fe-O solid solution， while generating uniformly distributed Lewis acid sites on the catalyst surface. Consequently， the unique rod-like solid solution exhibits excellent structural stability during the catalytic reaction， successfully preventing framework collapse. Consequently， the optimized catalyst（Fe-Cl=1.00） boosted glycerol conversion from 60% to 90% relative to the Cl^- free benchmark. This chloride-mediated engineering strategy provides a blueprint for valorizing natural minerals and rationally designing robust non-noble metal catalysts.

Key words: Glycerol, Iron oxide, Chloride（Cl^-）, MgO-CaO, 1, 2-Propanediol

CLC Number:

O611

TrendMD:

MU Rongzhen, WANG Jin, YANG Jie, ROY Tania, WANG Jie, GUO Baocheng, ZHOU Chunhui. Cl^-Mediated Facet Engineering and Electronic Modulation of Fe/MgO-CaO Catalysts for Glycerol Hydrogenolysis[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(8): 20250394.

Figures/Tables 10

Table 1 Surface elemental compositions and specific binding energies of the synthesized catalysts determined by XPS analysis

	Element（%， molar fraction）					Molar ratio	E_b/eV
Sample	Fe	Ca	Mg	O	Cl	Mg/Ca	Fe $2 p 3 / 2 3 +$	Cl₂_p_3/2	O₁_s /O_L	O₁_s /O_V
Fe/MgO⁃CaO	5.14	23.13	28.45	43.27	0.00	1.23	711.10	—	529.30	530.75
Fe⁃Cl（1.00）/MgO⁃CaO	5.32	10.13	35.95	38.48	10.13	3.55	711.51	197.81	529.55	531.21
Fe⁃Cl（0.50）/MgO⁃CaO	4.88	7.73	32.48	40.98	13.93	4.20	712.15	197.85	529.85	531.32

Table 1 Surface elemental compositions and specific binding energies of the synthesized catalysts determined by XPS analysis

	Element（%， molar fraction）					Molar ratio	E_b/eV
Sample	Fe	Ca	Mg	O	Cl	Mg/Ca	Fe $2 p 3 / 2 3 +$	Cl₂_p_3/2	O₁_s /O_L	O₁_s /O_V
Fe/MgO⁃CaO	5.14	23.13	28.45	43.27	0.00	1.23	711.10	—	529.30	530.75
Fe⁃Cl（1.00）/MgO⁃CaO	5.32	10.13	35.95	38.48	10.13	3.55	711.51	197.81	529.55	531.21
Fe⁃Cl（0.50）/MgO⁃CaO	4.88	7.73	32.48	40.98	13.93	4.20	712.15	197.85	529.85	531.32

Table 2 Pore structure parameters of Fe/MgO-CaO and Fe-Cl(x)/MgO-CaO

Sample	S_BET/（m²·g^-1）	S_micro/（m²·g^-1）	S_mes/（m²·g^-1）	V_p/（cm³·g^-1）
Fe/MgO⁃CaO	16.84	3.15	13.69	0.07
Fe⁃Cl（1.00）/MgO⁃CaO	20.05	4.05	16.00	0.11
Fe⁃Cl（0.65）/MgO⁃CaO	22.20	0.10	21.10	0.08
Fe⁃Cl（0.50）/MgO⁃CaO	17.07	0.21	16.86	0.05

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