原位构建富含氧空位的MoOx-TiO2异质结界面用于高效无贵金属逆水煤气变换反应

为解决CO2加氢催化效率低及贵金属依赖问题，研究人员通过异质结界面工程策略，成功制备了富含氧空位(OV)的MoOx-TiO2催化剂。该催化剂在逆水煤气变换(RWGS)反应中表现出卓越性能，CO产率达452.6 mmol g?1 h?1（400°C），显著优于传统Mo基非贵金属催化剂，为CO2高效转化提供了新设计范式。

　　

全球能源短缺与气候变化的双重危机下，CO₂的催化转化成为研究热点。逆水煤气变换反应（RWGS）可将CO₂转化为CO，进而通过费托合成制备高碳化学品，是实现碳循环的关键步骤。然而，现有催化剂面临严峻挑战：贵金属（如Pt、Pd）成本高昂且稀缺，过渡金属（如Fe、Co）易发生副反应（如甲烷化），而金属氧化物催化剂（如MoO_x）的CO₂活化效率不足，其性能受限于氧空位(O_V)的密度与稳定性。如何设计高效、稳定且无需贵金属的催化剂，成为领域内亟待突破的难题。

黑龙江大学的研究团队在《Applied Surface Science》发表的研究中，提出了一种异质结介导的氧空位调控策略。通过原位溶剂热法构建MoO₃-TiO₂前驱体，利用TiO₂向MoO₃的电子转移促进后者还原，形成富含O_V的MoO_x-TiO₂异质结界面，显著提升了CO₂吸附与活化能力。该催化剂在400°C下CO产率高达452.6 mmol g^?1 h^?1，且稳定性超过100小时，性能优于多数已报道的Mo基非贵金属体系。

关键技术方法
研究采用溶剂热法合成MoO₃纳米片前驱体，并通过调控Mo/Ti摩尔比制备MoO₃-TiO₂-x系列复合材料。利用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）表征材料结构，结合原位红外光谱（in-situ FTIR）和程序升温还原（H₂-TPR）分析催化机制。

研究结果

1. Structural and morphological characterization of MoO₃-TiO₂
   通过溶剂热法成功构建MoO₃-TiO₂异质结，TEM显示MoO₃纳米片与TiO₂紧密接触，XPS证实界面电子转移导致Mo⁶⁺部分还原为Mo⁵⁺，形成高浓度O_V。

2. Conclusions
   异质结界面工程通过电子耦合效应稳定O_V，增强CO₂吸附与解离能力，使催化剂在低温区（300-450°C）表现出类贵金属活性，且避免甲烷化副反应。

重要意义
该研究突破了传统金属氧化物催化剂的局限性，通过异质结界面设计实现了O_V的可控调控，为开发高效CO₂转化催化剂提供了新思路。其“无贵金属、高活性、高选择性”的特性，对推动碳中和技术规模化应用具有重要价值。