石川教授團隊在碳化鉬催化材料上的最新研究進展
基于課題組前期發(fā)現(xiàn)的碳化鉬基催化材料優(yōu)異的活化H2O分子（Science 2017, 357, 389–393；Nature 2021, 589, 396-401）和CO2分子的催化性質(zhì)（ACS Catal.2017, 7, 912?918；Chem 2020, 6, 3312-3328），最近團隊發(fā)現(xiàn)了基于Mo2C-Ni強相互作用Ni納米顆粒經(jīng)再分散過程形成高效Ni-Mo2C界面，并將其與冷等離子體耦合用于低溫甲烷干重整（DRM）反應，取得了重要進展。
甲烷-二氧化碳重整反應（DRM）能夠同時轉(zhuǎn)化CH4和CO2兩種穩(wěn)定小分子制取合成氣（H2和CO），生產(chǎn)的合成氣可以用于化工原料生產(chǎn)高附加值的化學品，提供了一條綜合利用碳源、氫源，同時轉(zhuǎn)化兩種難活化能源小分子，并消除兩種主要溫室氣體的技術路線，具有經(jīng)濟、環(huán)保、科學的多重研究價值。本項工作主要針對傳統(tǒng)熱催化DRM反應過程溫度高、Ni基催化劑高溫易團聚、易積碳，以及單一等離子體活化產(chǎn)物選擇性低等難題，將等離子體與Ni-Mo2C界面催化材料耦合，突破熱力學平衡限制，降低反應溫度，實現(xiàn)溫和條件下CO2和CH4高效轉(zhuǎn)化。
文章通過巧妙的實驗設計，揭示了β-Mo2C在催化劑結(jié)構、放電性質(zhì)和反應性能方面起到的作用：（i）由于Ni與β-Mo2C間的強相互作用，促進了Ni納米顆粒的再分散，高度分散的Ni NPs是反應的活性中心；（ii）β-Mo2C有效提高了實際放電功率以及協(xié)同模式下的能量利用效率；（iii）β-Mo2C的加入明顯提高催化劑對CO2的活化能力，抑制積碳，延長催化劑壽命。在無額外熱源條件下，等離子體耦合Mo2C-Ni/Al2O3催化劑實現(xiàn)了CH4和CO2高效轉(zhuǎn)化。該研究工作為提高溫和條件下等離子體催化DRM反應活性、穩(wěn)定性和能量效率提供了一條切實可行的途徑。上述研究成果剛剛發(fā)表于Applied Catalysis B: Environmental期刊上（DOI：10.1016/j.apcatb.2021.120779）
大連理工大學博士生刁亞南為論文第一作者，該項工作得到科技部國家重點研發(fā)計劃（2017YFA0700103）、國家自然科學基金（21872014、21932002、21902018）、遼寧省振興計劃（XLYC2008032）、中央高?；究蒲谢穑―UT20ZD205、DUT21RC(3)095）的資助。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337321009048?dgcid=coauthor
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