CO₂到CO的100%效率轉換：鉬碳化物催化劑

逆向水煤氣變換反應（Reverse Water-Gas Shift，RWGS）是一種將二氧化碳轉化成一氧化碳的反應，這種反應生成的一氧化碳（或合成氣，CO + H2）可以用來作為多種化學品的原料。然而，RWGS反應有諸多限制，其中限制包括需要高溫操作、催化劑穩定性差，以及選擇性差。傳統上，用於RWGS反應的催化劑多為銅或其他昂貴的過渡金屬，而這些催化劑在高溫下容易發生燒結和團聚（sintering and agglomeration），導致其活性下降。除此之外，這些催化劑的選擇性往往不足，容易產生甲烷等副產品，這使後續的分離過程變得更複雜。隨著全世界對降低大氣中二氧化碳濃度的需求不斷增加，開發高效、穩定且選擇性高的RWGS催化劑成為了研究熱點。過渡金屬碳化物，尤其是鉬碳化物（molybdenum carbide），也許可以成為現有催化劑的優質替代品，因為鉬和碳這兩種元素在地球上的含量比貴金屬豐富（鉬：1.5 ppm；鉑：0.003 ppm、鈀：0.0006、銠：0.0002 ppm），成本可以更低廉，且鉬碳化物具有類似貴金屬的催化性能。然而，現有的鉬碳化物合成方法過於複雜，缺少較簡單合成方法。科學家若能克服這項難點，我們就能更方便地製造出RWGS催化劑，進而以更有效率的方式消耗大氣中的二氧化碳。

 

近日，美國西北大學的研究團隊，成功開發出一種晶體鉬碳化物催化劑，α-Mo₂C。研究人員透過在500°C下碳化（NH₄）₆Mo₇O₂₄·4H₂O和蔗糖（家用糖），合成出這種催化劑，並對其進行了性能測試。結果顯示，該催化劑在RWGS反應中具有100%的選擇性，能夠穩定地將二氧化碳轉化為一氧化碳，且在600°C下經過超過500小時的運作後仍能保持催化活性。研究團隊發現，該催化劑的高選擇性和穩定性，要歸因於其晶體的高純度，以及微弱的CO-Mo₂C相互作用。研究人員表示，這項研究展示了α-Mo₂C催化劑在高溫RWGS反應中的巨大潛力，不僅提供了一種低成本、可規模化的合成路徑，還在催化劑的穩定性和選擇性上有了重大突破，也為實現CO₂的高效轉化提供了新的可能性。

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