我室发现逆水煤气变换反应诱导氧化钼-碳化钼相变新现象

所属:科研进展 发布于:2024.08.27

近日,我室纳米与界面催化研究中心(502组群)包信和院士、傅强研究员团队在反应诱导催化剂结构动态演变研究中取得新进展,发现Mo基催化剂在逆水煤气变换(RWGS)反应中能够原位碳化,形成碳化钼活性结构,从而显著增强该反应的催化反应活性,在超高空速条件下实现了CO的高速生成。

在催化反应过程中往往伴随着催化剂结构的动态演变,从而改变反应活性、选择性和稳定性。近年来,该团队在气氛诱导催化表界面动态演变的研究中取得系列进展,发现反应气氛(氧化气氛和COx加氢气氛等)可诱导金属或氧化物催化剂的动态分散与活化等,并显著增强催化反应性能(J. Am. Chem. Soc.,2018;Nat. Commun.,2021;J. Am. Chem. Soc.,2022;Nat. Commun.,2024;Angew. Chem. Int. Ed.,2024;J. Am. Chem. Soc.,2024;Nat. Commun.,2024)。

本工作中,研究人员在MoO3催化剂中引入插层氢,形成了HxMoOy,促进氧化钼还原为金属Mo,金属Mo在RWGS反应中可以原位碳化并形成高活性碳化钼结构,进而增强RWGS反应活性。研究结果表明,催化剂表面性质与反应微环境影响了碳化过程,O/Mo比越低,越有利于碳化;反应中CO2转化率越高,产物CO分压越高,越有利于碳化。碳化显著增强了CO2吸附与活化,从而提升了RWGS反应活性,在优化的反应条件下,最高可得到7544.6 mmol·gcatal-1·h-1的CO生成速率。

相关研究成果以“In-Situ Dynamic Carburization of Mo Oxide with Unprecedented High CO Formation Rate in Reverse Water-Gas Shift Reaction”为题,于近日发表在《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上。该成果的第一作者是521组博士后杜相泽。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院碳中和光子科学中心等项目的资助。(文/图 杜相泽)

文章链接:https://doi.org/10.1002/anie.202411761