近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所碳資源小分子與氫能利用研究組研究員孫劍和副研究員俞佳楓團(tuán)隊(duì)，在碳化鉬催化CO2轉(zhuǎn)化利用方面取得進(jìn)展。科研人員利用火焰噴射裂解法一步合成了亞穩(wěn)態(tài)不飽和氧化鉬催化劑。該亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的氧化鉬無需碳化處理，可直接應(yīng)用于逆水汽變換反應(yīng)，在反應(yīng)氣氛下迅速發(fā)生原位碳化，生成碳氧化鉬活性相，在高空速的苛刻條件下展現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性。這一方法省去了繁瑣的碳化制備過程，解決了傳統(tǒng)碳化鉬催化劑在反應(yīng)中易被氧化失活的問題。碳化鉬催化材料具有獨(dú)特的電子和結(jié)構(gòu)特性，在一系列催化反應(yīng)中展現(xiàn)出近似貴金屬的催化特征，被視為貴金屬的替代催化劑。因此，碳化鉬催化材料在多相催化領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。碳化鉬可以通過程序升溫滲碳法、選擇性蝕刻法、機(jī)械合金合成法、化學(xué)氣相沉積法、原位熱滲碳法、溶液相合成法等方法制備。然而，碳化鉬的制備過程繁瑣且能耗較高，增加了催化劑的制備成本。此外，碳化鉬對反應(yīng)中的氧化性氣氛較敏感，易被氧化而失活，限制了其應(yīng)用。該團(tuán)隊(duì)采用火焰噴射裂解法技術(shù)，合成出亞穩(wěn)態(tài)的不飽和氧化鉬催化劑。這一催化劑可直接用于逆水汽變換反應(yīng)，在反應(yīng)條件下原位發(fā)生碳化并生成穩(wěn)定的碳氧化鉬活性相，省去了傳統(tǒng)碳化鉬制備過程中高成本、高能耗的碳化過程。研究發(fā)現(xiàn)，在600-°C下，該催化劑的CO產(chǎn)率達(dá)17.4 molCO·gcat-1·h-1，產(chǎn)物中的CO選擇性為100%，且在2000小時(shí)的穩(wěn)定性測試中未發(fā)生明顯失活。無論在活性還是穩(wěn)定性方面，反應(yīng)原位誘導(dǎo)產(chǎn)生的碳化鉬活性相的催化性能均優(yōu)于傳統(tǒng)碳化方法預(yù)先合成的碳化鉬催化劑。進(jìn)一步，該研究揭示了在該碳化鉬催化劑上CO2活化過程與傳統(tǒng)的氧化還原循環(huán)路徑不同。該過程遵循新的碳化-氧化循環(huán)反應(yīng)路徑。也就是說，碳化鉬中的碳原子與CO2中的碳原子進(jìn)行交換并參與反應(yīng)，降低反應(yīng)能壘，提升催化活性。上述成果為低成本碳化鉬催化劑的生產(chǎn)和應(yīng)用提供了新思路，具有良好的應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果以Reaction-induced unsaturated Mo oxycarbides afford highly active CO2?conversion catalysts為題，發(fā)表在《自然-化學(xué)》（Nature Chemistry）上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院潔凈能源創(chuàng)新研究院-榆林學(xué)院聯(lián)合基金、大連市科技創(chuàng)新基金等的支持。論文鏈接大連化物所開發(fā)反應(yīng)誘導(dǎo)的碳氧化鉬催化劑實(shí)現(xiàn)高效CO2轉(zhuǎn)化