Coupling Enteromorpha prolifera-derived N-doped biochar with Cu-Mo2C clusters for selective CO2 hydrogenation to CO

生物炭 联轴节(管道) 兴奋剂 材料科学 化学 化学工程 有机化学 光电子学 冶金 热解 工程类
作者
Xueyuan Pan,Caikang Wang,Bei Li,Mingzhe Ma,Hao Sun,Guowu Zhan,Kui Wang,Mengmeng Fan,Linfei Ding,Gengtao Fu,Kang Sun,Jianchun Jiang
出处
期刊:Advanced powder materials [Elsevier]
卷期号:4 (1): 100259-100259 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.apmate.2024.100259
摘要

CO2 conversion to CO via the reverse water-gas shift (RWGS) reaction is limited by a low CO2 conversion rate and CO selectivity. Herein, an efficient RWGS catalyst is constructed through Enteromorpha prolifera–derived N-rich mesoporous biochar (EPBC) supported atomic-level Cu-Mo2C clusters (Cu-Mo2C/EPBC). Unlike traditional activated carbon (AC) supported Cu-Mo2C particles (Cu-Mo2C/AC), the Cu-Mo2C/EPBC not only presents the better graphitization degree and larger specific surface area, but also uniformly and firmly anchors atomic-level Cu-Mo2C clusters due to the existence of pyridine nitrogen. Furthermore, the pyridine N of Cu-Mo2C/EPBC strengthens an unblocked electron transfer between Mo2C and Cu clusters, as verified by X-ray absorption spectroscopy. As a result, the synergistic effect between pyridinic N anchoring and the clusters interaction in Cu-Mo2C/EPBC facilitates an improved CO selectivity of 99.95% at 500 ​°C compared with traditional Cu-Mo2C/AC (99.60%), as well as about 3-fold CO2 conversion rate. Density functional theory calculations confirm that pyridine N-modified carbon activates the local electronic redistribution at Cu-Mo2C clusters, which contributes to the decreased energy barrier of the transition state of CO∗+O∗+2H∗, thereby triggering the transformation of rate-limited step during the redox pathway. This biomass-derived strategy opens perspective on producing sustainable fuels and building blocks through the RWGS reaction.
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