孙予罕/王慧ACS Catal.: 表面吸附物质对Co2C的形态调制以实现高效低温CO2还原

将CO₂还原为CO被称为反向水煤气变换(RWGS)，其可以作为费托合成(FTS)中产生C₂₊产物的关键步骤。RWGS反应是吸热的，操作温度通常在500 ℃以上，为了匹配随后的FTS反应(低于300 °C)，在低温下需要高CO选择性，但这可能会促进甲烷化反应。此外，在低于300 °C的温度下，RWGS中的CO₂转化率和反应速率通常分别低于5%和10 μmol_CO g^-1 s^-1。因此，开发有效的催化剂来弥合RWGS和FTS之间的温度差具有重要意义。

近日，中科院上海高等研究院孙予罕和王慧等通过对空心立方(HC)Co₃O₄上的表面吸附物质进行精细调整，开发了一种新的Co₂C形态调制机制，并且研究了形态对催化RWGS性能的影响。

在CO₂还原过程中，表面羧酸盐(CO₂^δ-)物质的形成可以直接将Co₃O₄转化为Co₂C纳米棱柱(不含Mn)，CO₂^δ-物种的数量可以影响Co₂C的表面能和晶面的生长速率，实现棱柱和球体的形态调控。最重要的是，Co₂C纳米棱柱在低温RWGS反应中表现良好，在270 °C下CO₂转化率(18.6%)几乎接近反应平衡(18.9%)，并且反应速率达到以30.0 μmol_CO g_cat^-1 s^-1，优于文献报道的其他催化剂体系。

此外，该催化剂还显示出一种双功能效应，可连接RWGS和Fischer-Tropsch合成，通过调节反应条件直接合成烯烃和醇(C₂₊OH/ROH分数为98.4%，4.3 mmol g^-1 h^-1)。更重要的是，反应机理和动力学研究表明，Co₂C纳米棱柱的催化性能与具有高活性的(020)和(101)表面以及双反应途径(氧化还原和甲酸盐途径)有关。总的来说，这项研究提供了一种设计和调节TMC形态的方法，并展示了其催化的RWGS桥接RWGS和随后的级联反应的巨大潜力。

Morphological Modulation of Co₂C by Surface-Adsorbed Species for Highly Effective Low-Temperature CO₂ Reduction. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c02020

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孙予罕/王慧ACS Catal.: 表面吸附物质对Co2C的形态调制以实现高效低温CO2还原

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