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第一作者： Milad Ahmadi Khoshooei

通讯作者： Omar K. Farha，Milad
Ahmadi Khoshooei

通讯单位： 美国西北大学

论文DOI： https://doi.org/10.1126/science.adl1260

1、 全文速览：

研究意义： CO ₂ 还原为CO的重要性。

挑战： 缺乏价格低廉、活性高、选择性好且稳定性优秀的催化剂。

催化剂制备： 通过简便且可规模化的方法制备了纳米晶立方相钼碳化物（α-Mo ₂ C）。

催化剂性能： 在高空速下保持100%的CO ₂ 选择性；在600°C反应条件下暴露500小时以上仍能保持初始平衡转化率。

性能原因： 晶体学相纯度高、CO-Mo ₂ C相互作用弱、存在间隙氧原子。

机理研究： 通过H ₂ 辅助的氧化还原机制进行。

研究发表： 成果发表于《Science》期刊，论文题目为“ An active, stable cubic molybdenum carbide catalyst for the high-temperature reverse water-gas shift reaction ”，第一作者为Milad Ahmadi Khoshooei。

2、 背景介绍：

通过蓝氢和绿氢转化CO ₂ 是一条前景广阔的 CO ₂ 利用途径，研究人员可以根据多种影响因素选择最终的转化产物。这些因素包括可再生能源和低碳氢的可用性，开发串联系统的潜力，以及最终产物的市场需求。其中，逆向水煤气变换（RWGS）反应生产CO备受关注，因为产生的CO或合成气（CO + H ₂ ）可用于构建串联催化系统，生产各种化学品。大多数合成气转化策略都是成熟的商业技术，凸显出CO和合成气的巨大价值。基于成本效益的分析显示，以CO为媒介的 CO ₂ 利用策略可能在其他替代方案中具有竞争优势。为了实现RWGS反应的商业化，所使用的催化剂必须满足多个关键标准。首先，技术经济评估表明，如果催化剂具有100%的CO选择性，该过程将在总体上呈现碳负值，并且可以避免由于甲烷生成导致的氢气损耗，同时简化下游的分离过程。此外，反应需要相对较高的操作温度（400至600°C）和高的H ₂ / CO ₂ 比，但通常会导致催化剂烧结和团聚，尤其在使用多组分铜基和贵金属基催化剂时更为明显。

近年来，以钼碳化物为代表的过渡金属碳化物显示出巨大潜力。这些材料不仅组分丰富，而且具备类似贵金属的催化行为。然而，钼碳化物材料的合成要么复杂，要么需要贵金属才能实现特定的活性相。在合成过程中，研究人员需要控制最终产物的晶体学相，并尽量减少碳沉积。为了满足这些要求，需要采用多步制备工艺，但这种合成路径难以规模化。单一组分的钼碳化物作为RWGS催化剂时，其选择性较低，在反应条件下稳定性也较差，而且这些额外组分可能在高温下发生烧结。

3、 图文解析：

图 1. 催化剂合成过程的示意图及其在逆水煤气变换反应中的性能。

催化剂合成： 在为期两天的实验中， 作者在 500°C的温度下于氢气环境中利用(NH ₄ ) ₆ Mo ₇ O ₂₄ ·4H ₂ O和蔗糖（作为碳源）进行碳化反应，成功合成了纯度较高的α-Mo ₂ C催化剂。