Neue Mo-Carbid-Katalysatoren weisen eine hohe Stabilität und Aktivität bei der CO₂-Umwandlung auf

Molybdän (Mo)-Karbide, die für ihre einzigartigen elektronischen und strukturellen Eigenschaften bekannt sind, gelten als vielversprechende Alternativen zu Edelmetallkatalysatoren in der heterogenen Katalyse. Traditionelle Methoden zur Herstellung von Mo-Carbiden weisen jedoch den Nachteil komplexer Prozesse, strenger Synthesebedingungen, schwieriger Kristallregulierung und hohem Energieverbrauch auf. Darüber hinaus sind Mo-Karbide anfällig für Oxidation und Desaktivierung, was ein erhebliches Hindernis für ihre weitverbreitete Anwendung darstellt.

In einer Studie veröffentlicht in Chemie der NaturEine Forschungsgruppe unter der Leitung von Professor Sun Jian vom Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) entwickelte eine einfache Strategie zur Etablierung von Mo-Carbid-Katalysatoren für die effiziente Produktion von CO₂ Umwandlung unter Umgehung des komplizierten Aufkohlungsprozesses herkömmlicher Methoden.

Forscher stellten ein Ir-modifiziertes MoO her₃ Katalysator mit einstufiger Flammensprühpyrolyse (FSP), der durch schnelles Abschrecken bei hohen Temperaturen metastabile Mo-Oxidspezies erzeugt. Diese einzigartige Struktur erleichterte die reaktionsinduzierte Aufkohlung während der RWGS-Reaktion und erzeugte oxidationsbeständiges Mo-Oxycarbid (MoO)._XC_Und) aktive Websites.

Der Katalysator zeigte eine hervorragende Aktivität und Stabilität, was die Überlegenheit reaktionsinduzierter Mo-Carbid-Katalysatoren unterstreicht. Bei 600 °C wurde eine CO-Produktionsrate von 17,5 mol gkat erreicht^-1 H^-1 mit einer CO-Selektivität von 100 %. Während eines 2.000-stündigen Stabilitätstests wurde keine signifikante Deaktivierung beobachtet, was sein großes Potenzial für industrielle Anwendungen zeigt.

Weitere Untersuchungen ergaben, dass die entscheidenden aktiven Zentren in der RWGS-Reaktion das ungesättigte MoO waren_XC_Und Auf der Oberfläche von Mo-Karbiden vorhandene Spezies könnten in der kombinierten Atmosphäre aus Reduktion, Aufkohlung und Oxidation ein dynamisches Gleichgewicht aufrechterhalten und so eine starke Desaktivierung verhindern.

Darüber hinaus schlugen die Forscher einen neuen Kohlenstoffkreislaufweg in der RWGS-Reaktion vor, der thermodynamisch günstiger als der traditionelle Redoxweg war, indem er H begünstigte₂ Dissoziation über *COH-Spezies. Dieser Weg könnte als Ergänzung zum Redoxmechanismus wirken und CO verbessern₂ Umwandlung in Mo-Karbide und führt zu einer überlegenen katalytischen Leistung.

„Unsere Studie bietet eine Niedrigenergiestrategie für die Entwicklung von Mo-Karbiden als effiziente Katalysatoren und ebnet den Weg für die Anwendung eines kostengünstigen Mo-basierten Katalysatorsystems für CO.“₂ „Die Ressourcennutzung ist der Schlüssel“, sagte Professor Sun.