我所發現逆水煤氣變換反應誘導氧化鉬碳化鉬相變新現象

近日，我所催化基礎國家重點實驗室納米與界面催化研究中心（502組群）包信和院士、傅強研究員團隊在反應誘導催化劑結構動態演變研究中取得新進展，發現Mo基催化劑在逆水煤氣變換（RWGS）反應中能夠原位碳化，形成碳化鉬活性結構，從而顯著增強該反應的催化反應活性，在超高空速條件下實現了CO的高速生成。

在催化反應過程中往往伴隨著催化劑結構的動態演變，從而改變反應活性、選擇性和穩定性。近年來，該團隊在氣氛誘導催化表界面動態演變的研究中取得系列進展，發現反應氣氛（氧化氣氛和COx加氫氣氛等）可誘導金屬或氧化物催化劑的動態分散與活化等，并顯著增強催化反應性能（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，研究人員在MoO3催化劑中引入插層氫，形成了HxMoOy，促進氧化鉬還原為金屬Mo，金屬Mo在RWGS反應中可以原位碳化并形成高活性碳化鉬結構，進而增強RWGS反應活性。研究結果表明，催化劑表面性質與反應微環境影響了碳化過程，O/Mo比越低，越有利于碳化；反應中CO2轉化率越高，產物CO分壓越高，越有利于碳化。碳化顯著增強了CO2吸附與活化，從而提升了RWGS反應活性，在優化的反應條件下，最高可得到7544.6 mmol·gcatal-1·h-1的CO生成速率。

相關研究成果以“In-Situ Dynamic Carburization of Mo Oxide with Unprecedented High CO Formation Rate in Reverse Water-Gas Shift Reaction”為題，于近日發表在《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）上。該成果的第一作者是我所521組博士后杜相澤。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院碳中和光子科學中心等項目的資助。（文/圖?杜相澤）

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202411761