纳米粒子催化剂将二氧化碳转化为一氧化碳以制造有用的化合物

作为一种温室气体，二氧化碳（CO2）在大气中积累，导致气候变化。减少大气中不需要的CO2量的一种方法是将气体转化为有用的碳产物，可用于产生有价值的化合物

最近的一项研究将β相碳化钼（β-Mo2C）催化剂的纳米颗粒附着在二氧化硅（SiO2）载体上，以加速CO2转化为更有用的一氧化碳（CO）气体

CO2是一种非常稳定的分子，这使得将温室气体转化为其他分子具有挑战性。催化剂可用于化学反应中以降低形成或破坏化学键所需的能量，并用于逆水煤气变换（RWGS）反应中以将CO2和氢气（H2）转化为CO和水（H2O）

重要的是，反应产生的CO气体与H2结合时称为合成气或合成气，可作为碳源产生其他重要化合物

RWGS反应中的传统催化剂由贵金属制成，包括铂（Pt）、钯（Pd）和金（Au），限制了反应的成本效率。正因为如此，开发了新的催化剂材料和形成方法，以提高RWGS反应的实用性，作为降低大气CO2和产生合成气的手段

为了解决传统RWGS催化剂的成本问题，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的一组研究人员研究了更便宜的纳米颗粒&β的形成和催化活性-在SiO2载体上的Mo2C催化剂，以确定较低成本的催化剂是否可以提高β-Mo2C与二氧化硅氧化物载体在RWGS反应中的反应

该团队于4月30日在《碳的未来》杂志上发表了他们的研究。

“社会正在朝着碳中和经济发展。二氧化碳是一种温室气体，因此任何能够打破这种分子中的碳-氧键并将碳转化为增值化学物质的技术都会引起极大的兴趣。

”一种重要的C1化学物质是一氧化碳，它是生产合成燃料和维生素a等一系列产品的必要原料，”该论文的高级作者、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校化学与生物分子工程系Alkire教授洪扬说。，研究人员合成了吸附在SiO2载体上的β-Mo2C纳米颗粒催化剂（β-Mo2C/SiO2）。SiO2载体的非晶结构对纳米颗粒的形成、活性和β-Mo2C-SiO2催化剂的稳定性至关重要。

该团队还测试了铯（Ce）、镁（Mg）、钛（Ti）和铝（Al）氧化物作为潜在的载体，但SiO2上的催化剂在650°；C.

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校化学与生物分子工程系研究生、论文合著者俞思颖说：“看来，无定形二氧化硅的无序性是我们成功实现高金属负载量和相应高活性的关键因素，它的行为就像粘合剂与催化剂纳米颗粒的结合。”

重要的是，SiO2催化剂载体结构提高了β-Mo2C与体积相比增加了8倍-Mo2C。即使催化活性有所提高-Mo2C/SiO2催化剂显示出与本体-Mo2C在RWGS反应中的作用

“我们工作的一个重大发现是生产由碳化钼纳米颗粒制成的高金属负载催化剂的新工艺。这种金属碳化物催化剂是为了以高生产率和高选择性将二氧化碳转化为碳氧化物而开发的，”该论文的第一作者、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校化学与生物分子工程系前研究生Andrew Kuhn说

研究人员在有利于转化为CO气体的反应条件下进行了研究，H2:CO2的比例等于1:1。该比率不同于更常见的小于3:1的测试比率。

反应也在300至600°C的温度下进行；C.在这些条件下，该团队产生了更浓的CO，这对下游化合物合成更有效

该团队将这项研究视为其他利用支撑结构提高活性的催化剂的起点。杨说：“我们在高负载下合成相纯金属碳化物纳米材料的能力为开发用于CO2利用过程的新型催化剂打开了大门。”

“我希望通过深入研究这种催化剂的合成结构-性能关系，我们很快就能发现二氧化碳增值转化和经济可持续发展的新的重要应用。”

其他贡献者包括伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校化学与生物分子工程系的Rachel Park、Di Gao和Cheng Zhang；以及来自伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校农业与生物工程系的张远辉