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为解决甲酸（FA）脱水制高纯一氧化碳（CO）中缺乏高选择性、稳定且经济的催化剂问题，研究人员合成 WC@PFC 催化剂。其在 250℃下 CO 产率达 342.0 mmol g-1h-1、选择性 99.8%，结合 TiC/Cu 太阳能装置，实现光热驱动，为低碳 CO 生产提供新路径。
在工业生产与科研领域，高纯度一氧化碳（CO）是半导体芯片制造、金属焊接等重要环节的关键原料。目前主流的 CO 生产方法，如二氧化碳（CO2）还原、甲醇（CH3OH）裂解等，要么需要高温高压条件，要么依赖昂贵催化剂且易产生副产物，往往还需复杂的分离提纯步骤，导致能耗高、成本攀升。而甲酸（FA）分解制 CO 因条件温和、产物纯净（仅 CO 和 H2O）成为理想路径，但其依赖的贵金属催化剂成本高、稳定性不足，非贵金属氧化物催化剂又存在产物含氢需提纯的问题，因此开发高效低价的非贵金属催化剂迫在眉睫。
为攻克这一难题，国内研究团队开展了相关研究。他们合成了均匀分布在多孔泡沫碳（PFC）上的碳化钨（WC）纳米颗粒催化剂（WC@PFC），并结合定制的 TiC/Cu 基太阳能加热装置，探索其在光热驱动下的甲酸脱水性能。该研究成果发表在《Fuel》上，为 CO 绿色生产开辟了新方向。
研究中主要采用了以下关键技术方法：一是通过硬模板法合成 WC@PFC 复合催化剂，涉及溶液混合、冷冻干燥及碳化还原等步骤；二是利用原位漫反射红外傅里叶变换光谱（in-situ DRIFTS）实时监测甲酸分子在催化剂表面的反应路径；三是借助密度泛函理论（DFT）计算分析反应的能量势垒，验证催化机制；四是使用 TiC/Cu 基太阳能加热装置实现光热转换，为反应提供所需温度。
催化剂形貌与合成
WC@PFC 复合催化剂采用硬模板法合成。将含钨酸铵、氯化钠（NaCl）和葡萄糖的溶液混合后滴入液氮冷冻干燥，得到 NaCl 颗粒包裹钨酸铵与葡萄糖的前驱体。扫描电子显微镜（SEM）显示，冻干后的白色粉末呈现特定结构，经后续处理形成三维多孔泡沫结构，使 WC 纳米颗粒均匀锚定在石墨烯多孔泡沫上，为催化反应提供丰富活性位点。
催化性能与反应路径
在 250℃下，WC@PFC-800 催化剂展现出色性能，CO 产率达 342.0 mmol g-1h-1，且在整个温度范围内对甲酸脱水保持近 100% 的选择性。原位 DRIFTS 分析表明，甲酸分子在催化剂表面优先断裂 C–H 键，形成羧基（COOH*）中间体，随后催化剂活性位点促使 COOH * 中 C–OH 键断裂，最终生成 H2O 和 CO。DFT 计算进一步证实，脱水反应的能量势垒低于脱氢反应，因此更易发生脱水生成 CO 和 H2O，而非 CO2和 H2。
光热催化应用
研究团队开发的 TiC/Cu 基太阳能加热装置在 0.5 kW m-2的弱太阳辐射强度下可达到 253℃，足以驱动甲酸脱水反应。将该装置与 WC@PFC 催化剂结合进行光热催化实验，催化剂表现优异，CO 选择性维持在近 100%，实现了无需外部能源输入、利用太阳能驱动的高效甲酸脱水制 CO 过程。
结论与意义
实验结果表明，WC@PFC 催化剂凭借高催化活性、卓越选择性和长期稳定性，成为甲酸脱水制高纯 CO 的理想候选。其合成过程中葡萄糖碳化与钨的碳热还原同步进行，形成的三维多孔结构增强了催化剂性能。结合 TiC/Cu 太阳能加热装置，该体系实现了太阳能到热能的高效转换，为光热催化技术在化工生产中的应用提供了新范例。这一研究不仅突破了传统催化体系对贵金属的依赖，降低了生产成本，还通过引入太阳能这一清洁能源，为减少化石能源消耗、推动低碳化学合成提供了重要技术支撑，在绿色化学与可持续能源领域具有广阔应用前景。
