气候变化是当今世界面临的最大挑战之一，而二氧化碳（CO2）作为一种温室气体，在大气中的积累对气候变化起着重要作用。为了减轻其影响，将CO2转化为有益的碳产品是一个可行的策略。最近，美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员探索了这一方法，他们使用β-Mo2C（β-相二钼碳化物）纳米粒子作为催化剂，锚定在二氧化硅（SiO2）载体上，加速了将CO2转化为一氧化碳（CO）的过程。CO是一种有价值的气体，可以用来生产其他重要的化合物。
CO2是一个非常稳定的分子，这使得将这种温室气体转化为其他分子变得具有挑战性。催化剂可以在化学反应中降低形成或断裂化学键所需的能量，并在逆水煤气变换（RWGS）反应中使用，将CO2和氢气（H2）转化为CO和水（H2O）。重要的是，由反应产生的CO气体，当与H2结合时被称为合成气（syngas），可以用作碳源，创造其他重要的化合物。
传统RWGS反应中的催化剂是由贵金属制成的，包括铂（Pt）、钯（Pd）和金（Au），这限制了反应的成本效率。因此，研究人员开发了新的催化剂材料和形成方法，以增加RWGS反应的实用性，作为降低大气中CO2和产生合成气的手段。
为了解决传统RWGS催化剂的成本问题，伊利诺伊大学的研究团队研究了在SiO2载体上形成的更经济的β-Mo2C纳米粒子催化剂的催化活性，以确定低成本催化剂是否能增强β-Mo2C在RWGS反应中的活性水平。
研究人员合成了吸收在SiO2载体上的β-Mo2C纳米粒子催化剂（β-Mo2C/SiO2）。SiO2载体的非晶态结构对纳米粒子的形成、活性和β-Mo2C/SiO2催化剂的稳定性至关重要。研究团队还测试了铯（Ce）、镁（Mg）、钛（Ti）和铝（Al）氧化物作为潜在载体，但在650°C的温度下，SiO2上的催化剂产生了最佳的催化剂形成。
SiO2催化剂载体结构将β-Mo2C的催化活性提高了8倍，与块状β-Mo2C相比，在RWGS反应中表现出更高的CO转化率和增加的稳定性。
研究人员在有利于转化为CO气体的反应条件下进行了研究，H2:CO2的比例等于1:1。这个比例与通常测试的小于3:1的比例不同。反应还在300至600°C的温度下进行。在这些条件下，研究团队产生了更浓缩的CO，这对于下游化合物合成更有效。
研究团队将这项研究视为利用载体结构增加活性的其他催化剂的起点。“我们能够合成高负载量的相纯金属碳化物纳米材料，为开发新的CO2利用过程的催化剂打开了大门，”研究的高级作者、伊利诺伊大学化学与生物分子工程系的Hong Yang教授说。“我希望通过对这种催化剂的合成-结构-性能关系的深入研究，我们很快就能发现对CO2增值转化和我们经济的可持续发展的新的重要应用。”
这项研究不仅展示了在减少温室气体排放和合成有用化学物质方面的潜力，而且强调了催化剂技术在推动可持续化学工业发展中的重要性。那么，您如何看待这种新型催化剂在气候变化行动中的应用前景？您认为它将如何影响未来的化学工业和环境保护？欢迎在评论区分享您的想法，与我们共同探讨这一激动人心的技术进步。
