Fe-Mo/CDC：低温逆水煤气变换（RWGS）反应的潜力之星

为解决低温下逆水煤气变换（RWGS）反应中 CO2转化与 CO 选择性的平衡问题，研究人员以纤维素为生物模板合成 Fe-Me/CDC 催化剂。结果表明 Fe-Mo/CDC 在低温下 CO 选择性最高。该研究为低温 RWGS 反应提供了新的催化剂选择。

　　在全球积极寻求可持续能源供应的当下，减少大气中 CO₂浓度、缓解全球变暖已成为当务之急。逆水煤气变换（RWGS）反应作为将 CO₂转化为 CO 的关键途径，在这一进程中发挥着重要作用。CO 可作为合成燃料和化学品的关键中间体，与 H₂组成的合成气，更是费托合成（FTS）和甲醇生产等工业过程不可或缺的原料。

然而，RWGS 反应是吸热反应，在 500°C 以上才更有利，而在低温下，其会与放热的 CO₂甲烷化反应竞争，导致产生多余的甲烷，这极大地限制了 RWGS 反应在低温下的应用，也使得高效整合下游 FTS 等反应变得困难。因此，研发在低温下能提升 CO 选择性的 RWGS 催化剂，成为科研人员亟待攻克的难题。

在这样的背景下，国外研究人员开展了关于 Fe 基催化剂在纤维素衍生碳上用于低温 RWGS 反应的研究。研究人员以纤维素为生物模板，合成了未添加助剂和添加了 Mo、Cr、Mn、Ce 助剂的 Fe 基催化剂（Fe-Me/CDC），并对这些催化剂进行表征和测试。研究最终发现，Fe-Mo/CDC 虽然 CO₂转化率比未添加助剂的催化剂低，但却实现了最高的 CO 选择性，是一种极具潜力的低温 RWGS 催化剂 。这一成果为低温 RWGS 反应提供了新的高效催化剂选择，对推动可持续能源发展、促进 CO₂资源化利用具有重要意义，该研究成果发表在《Biomass and Bioenergy》。

研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。通过热重分析（TGA），研究催化剂在升温过程中的质量变化；利用 N₂吸附测试催化剂的孔隙结构；借助 X 射线衍射（XRD）分析催化剂的晶体结构；采用拉曼光谱（Raman spectroscopy）、X 射线光电子能谱（XPS）对催化剂的化学组成和电子状态进行研究；运用扫描透射电子显微镜 - 高角度环形暗场成像（STEM-HAADF）观察催化剂的微观结构；使用 CO₂程序升温脱附（CO₂-TPD）分析催化剂对 CO₂的吸附性能。

催化剂合成

研究人员采用初湿浸渍法，将含有金属前驱体（Fe (NO₃)₃·9H₂O 等）的水溶液浸渍到纤维素上。其中，Fe 的含量固定为相对于干燥纤维素的 3 wt%，助剂催化剂则将 Fe/Me 的原子比固定为 2/1 。通过这种方法，成功制备出一系列 Fe-Me/CDC 催化剂。

催化剂表征

通过 TGA 曲线发现，Fe-Me/CDC 催化剂在 250°C 至 600°C 之间有显著质量损失，对应碳载体的燃烧和金属成分的氧化。且裸碳载体的燃烧温度约为 540°C，高于含 Fe 催化剂，这是因为金属的存在催化了碳的燃烧，不过不同催化剂的燃烧温度存在差异。

催化性能研究

研究发现，在整个温度范围内，未添加助剂的 Fe/CDC 催化剂 CO₂转化率最高，但在 400°C 时 CO 选择性最低。添加助剂后，由于合金的形成或其他作用，表面暴露的铁含量降低，对 CO₂转化率产生负面影响。其中，Fe-Ce/CDC 和 Fe-Mn/CDC 碱性较高，CO₂转化率较低但 CO 选择性较高，这可能是因为其对 CO₂吸附过强抑制了反应，且 Ce 和 Mn 覆盖了 Fe 的活性位点，减少了 Fe 的表面暴露。而 Fe-Mo/CDC 碱性处于中间水平，尽管 CO₂转化率低于未添加助剂的催化剂，却实现了最高的 CO 选择性，表明 Mo 不仅影响吸附性能，还通过 Fe-O-Mo 物种诱导电子效应，促进了 CO 的生成。

研究表明，在 Fe 基纤维素衍生碳催化剂中，助剂的添加显著影响了催化剂的结构和性能。Fe-Mo/CDC 在低温 RWGS 反应中展现出优异的 CO 选择性，为该领域提供了新的研究方向和极具潜力的催化剂选择。不过，Mo 在 Fe 基催化剂中的具体作用机制仍有待进一步研究，后续可围绕此展开更深入的探索，以优化其催化性能，推动低温 RWGS 反应在工业上的应用，实现 CO₂的高效资源化利用，助力可持续能源发展。