我所发现逆水煤气变换反应诱导氧化钼碳化钼相变新现象

近日，我所催化基础国家重点实验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我所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