Contiguous Mo Species and SMSI Effect in MoOx Reinforce Catalytic Performance in Reverse Water–Gas Shift Reaction

水煤气变换反应 催化作用 材料科学 化学工程 物理化学 纳米技术 有机化学 化学 工程类
作者
Takehiro Yamada,Yasutaka Kuwahara,Hiromi Yamashita
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.4c22713
摘要

Reverse water-gas shift (RWGS) reaction is a promising strategy for the effective valorization of CO2. Because of its endothermic nature, a high-performance catalyst with high durability at high temperatures has been required. Herein, we reveal the dynamic structural changes of platinum-loaded molybdenum suboxide catalysts (Pt/MoOx) in RWGS reaction by multiple operando and in situ measurements, and the catalyst exhibits high activity and CO selectivity, as well as high stability at 500 °C due to the emergence of contiguous Mo species (Mo--Mo) and the strong metal-support interaction (SMSI) effect in MoOx. In situ X-ray absorption fine structure (XAFS) measurements demonstrated that the RWGS reaction is driven by reversible redox of in situ-formed MoOx suboxide, where the contiguous Mo--Mo species in MoOx act as activation sites for CO2. Comprehensive analysis revealed that the MoOx shell surrounding the Pt nanoparticles (NPs) suppresses CO adsorption, thereby resulting in high CO selectivity. Furthermore, the catalyst exhibited a continuous activity increase in the earlier stage of operation at 500 °C, which was attributed to the partial carburization of MoOx during the reaction and the associated increase in the electron density of the Mo species. These findings advance the understanding of RWGS reaction mechanism and suggest innovative strategies for the development of high-performance oxide catalysts with enhanced stability.
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