Synergizing Mon Clusters and Mo2C Nanoparticles on Oxidized Carbon Nanotubes Boosting the CO2 Reduction Activity

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作者
Shuo Cao,Zun Guan,Ying Ma,Bing Xu,Jun Ma,Wei Chu,Riguang Zhang,Giuliano Giambastiani,Yuefeng Liu
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (14): 10939-10950 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c02069
摘要

The design and synthesis of highly efficient and selective catalysts for the CO2 thermal reduction remains a challenging issue of modern catalysis. Molybdenum carbide has attracted great interest in CO2-to-CO conversion (Reverse Water Gas Shift process, RWGS) because of its unique ability to dissociate CO2 and H2. However, single dominant Mo- or C-terminated facets of molybdenum carbide unlikely activate CO2 and H2 molecules simultaneously. Herein we demonstrate how structural diversity of co-generated molybdenum species (i.e., Mon nanoclusters and Mo2C nanoparticles) at the surface of an oxygen-enriched C-carrier, boost synergistically the chemoselective RWGS process with rates up to 581 μmolCO2·gMo-1·s-1 with CO selectivity> 99% already at 400 °C under H2-rich environment. This catalytic outcome ranks among the highest reported so far for molybdenum carbide- or noble metal-based catalysts in the process and it is up to 1.8 times higher than that measured on structurally homogeneous Mo2C-based nanoparticles. The superior activity of the structurally mixed catalyst has been ascribed to a synergistic modulation of geometrical and electronic structure of different Mo sites that reduce the temperature at which CO production starts and facilitates the chemoselective CO desorption pathway. Experimental and in-silico studies have also unveiled the existence of a linear correlation between the percentage of high-valence molybdenum species in the metal active-phase composition (Moδ+ %) and the increase of RWGS rate.
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