
物理化学学报 >> 2023, Vol. 39 >> Issue (11): 2302021.doi: 10.3866/PKU.WHXB202302021
所属专题: 二氧化碳资源化
卢俊文1,2, 张书南3,*(
), 周浩志3, 黄超杰1,2, 夏林1, 刘晓放1, 罗虎1, 王慧1,3,*(
)
收稿日期:2023-02-14
录用日期:2023-03-21
发布日期:2023-03-24
通讯作者:
张书南,王慧
E-mail:zhangshn2@shanghaitech.edu.cn;wanghh@sari.ac.cn
基金资助:
Junwen Lu1,2, Shunan Zhang3,*(
), Haozhi Zhou3, Chaojie Huang1,2, Lin Xia1, Xiaofang Liu1, Hu Luo1, Hui Wang1,3,*(
)
Received:2023-02-14
Accepted:2023-03-21
Published:2023-03-24
Contact:
Shunan Zhang, Hui Wang
E-mail:zhangshn2@shanghaitech.edu.cn;wanghh@sari.ac.cn
Supported by:摘要:
在高温逆水气变换(RWGS)反应中,开发高活性和高稳定性的金属负载型催化剂还存在巨大挑战。针对此问题,本研究采用溶液蒸发自组装法构建了Ir物种负载于α-MoC的协同催化剂,结果表明,Ir与α-MoC的协同效应使其在较宽的温度范围内均有较好的RWGS反应性能。特别是在500 ℃、0.1 MPa、300000 mL·g−1·h−1的反应条件下,0.5%Ir/MoC催化剂的CO2转化率高达48.4%,接近CO2平衡转化率(49.9%),同时,CO选择性和CO时空收率分别高达94.0%和423.1 μmol·g−1·s−1,且在100 h之内反应性能几乎没有衰减,具有优异的高温稳定性,此催化性能也超过了大多数文献报道。系列结构表征表明,Ir物种均匀地分散在α-MoC载体上,其电子较利于转移至α-MoC而形成金属载体强相互作用,极大地提高了催化稳定性;同时,当Ir负载量高于0.2% (质量分数)时,Ir团簇(Irn)和Ir单原子(Ir1)同时存在,与α-MoC形成了Irn-Ir1-C-Mo协同位点。其中,0.5%Ir/MoC催化剂拥有较小尺寸的Irn和较多的Ir1,显著地促进了CO2和H2的吸附和活化,并促进了甲酸盐中间体的生成和解离,从而获得了优异的RWGS性能。这项工作为设计和制备高效稳定的CO2利用催化剂提供了一定的参考和指导。
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Fig 1
Catalytic performance of the Ir/MoC catalysts for RWGS reaction at different (a) temperature, (b) space velocity, (c) feed H2/CO2 ratio. (d) Arrhenius plots for CO2 conversion over Ir/MoC. (a–d) Parameters = 0.1 MPa; (a, c, d) WHSV = 300000 mL·g−1·h−1; (b, c) T = 500 ℃; (a, b, d) H2/CO2 = 3."
Table 2
Compositions and positions of Mo 3d5/2, Ir 4f7/2 for all samples."
| Catalyst | Mo 3d5/2 binding energy/eV | Ir 4f7/2 binding energy/eV | |||||
| Mo2+ | Mo3+ | Mo4+ | Ir0 | Ir4+ | Ir3+ | ||
| α-MoC | 228.43 | 229.05 | 230.08 | – | – | – | |
| (39.48%) | (30.57%) | (29.95%) | – | – | – | ||
| 0.2%Ir/MoC | 228.45 | 228.96 | 229.92 | – | 61.53 | 62.97 | |
| (56.57%) | (19.88%) | (23.55%) | – | (33.18%) | (66.82%) | ||
| 0.5%Ir/MoC | 228.45 | 229.18 | 230.16 | 60.74 | 61.56 | 62.99 | |
| (59.62%) | (13.36%) | (27.02%) | (34.13%) | (12.98%) | (52.90%) | ||
| 2%Ir/MoC | 228.46 | 228.98 | 229.87 | 60.87 | 61.46 | 62.76 | |
| (58.65%) | (16.71%) | (24.64%) | (37.54%) | (24.28%) | (38.18%) | ||
| 5%Ir/MoC | 228.30 | 228.98 | 230.08 | 60.80 | 61.07 | 62.21 | |
| (58.19%) | (26.91%) | (14.90%) | (42.23%) | (19.74%) | (38.02%) | ||
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