缺陷与掺杂工程协同促进改性g-C3N4光催化H2O2生产研究

本研究针对CO2减排与资源化利用需求，通过碱金属（K/Mg）促进剂与过渡金属碳化物（Mo2C/Re）协同调控铁基催化剂，系统探究了CO2-FT（费托合成）反应路径。结果表明K-Mo2C催化剂活性最优，而K/Mg-Re-Fe体系对烃类选择性达75%，揭示了Mg促进还原/碳化相形成、K调控颗粒尺寸的协同机制，为CO2制高值化学品提供了新策略。

　　

随着全球气候变化加剧，CO₂作为主要温室气体已成为人类面临的重大环境挑战。2015年《巴黎协定》签署后，各国亟需开发CO₂捕获与资源化技术。其中，通过氢化反应将CO₂转化为燃料和高值化学品备受关注，但现有催化剂存在活性低、选择性差等瓶颈。特别是传统铁基催化剂在CO₂-费托合成（CO₂-FT）过程中，难以平衡逆水煤气变换（RWGS）与费托合成（FTS）两个关键步骤的协同效应。

智利国家科学技术发展委员会（ANID）资助的研究团队在《Applied Catalysis A: General》发表最新成果，创新性地采用碱金属（K/Mg）与过渡金属碳化物（Mo₂C/Re）协同修饰铁基催化剂，通过N₂-吸附、X射线衍射（XRD）、程序升温还原（TPR）和X射线光电子能谱（XPS）等技术，系统解析了催化剂结构-性能关系。研究发现，Mg能显著促进Mo/Re物种还原和碳化相形成，而K则通过抑制颗粒团聚提升分散度。特别值得注意的是，K-Re-Fe双金属体系展现出独特的协同效应，烃类选择性高达75%，而K-Fe-Mo体系却因FeMo双金属相形成导致活性下降。

研究采用的关键技术包括：1）等体积浸渍法（IWI）制备系列催化剂；2）N₂-吸附分析微孔结构；3）XPS表征表面电子状态；4）固定床反应器评价催化性能（条件：350°C、20 bar、CO₂/H₂=1:3）。

材料与合成
采用商业活性炭（AC）为载体，通过IWI法负载Fe、Mo、Re等金属前驱体。研究发现AC的微孔结构（比表面积>800 m²/g）为金属分散提供了理想场所。

织构性质
N₂-吸附显示所有催化剂保持微孔特征，但金属负载导致孔径分布变化。特别值得注意的是，Mg改性样品出现明显介孔，这与其促进金属分散的作用相关。

催化性能
在标准反应条件下，K-Mo₂C主要生成CO和C₄⁺产物，而含Re体系对烃类选择性显著提升。TPR证实Mg能降低MoO₃还原温度约100°C，加速活性相形成。

表面分析
XPS揭示Mg通过增强载体碱性改变Mo 3d轨道结合能，而Re 4f轨道在K存在下呈现金属态特征。这种电子效应对RWGS活性至关重要。

结论与意义
该研究首次阐明碱土金属Mg通过双重作用机制提升催化性能：既促进Fe₃C活性相形成，又优化CO₂活化过程。而Re-Fe体系的协同效应为设计高选择性CO₂-FT催化剂提供了新思路。研究成果不仅推动CO₂资源化利用技术发展，更为"双碳"目标下氢能产业链的构建提供了科学依据。Ramírez等前期工作曾指出K对烯烃选择性的促进作用，本研究进一步发现Mg-Re-Fe三元体系的独特优势，这为开发下一代CO₂转化催化剂奠定了理论基础。