水煤氣變換反應(yīng)（CO+H₂O=CO₂+H₂）可以從水中取氫，是化石能源和生物質(zhì)制氫以及氫氣純化過程的緊張反應(yīng)，其與水蒸汽重整反應(yīng)組合是目前廉價(jià)制氫的重要工業(yè)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于合成氨以及油品和化學(xué)品的生產(chǎn)過程。同時(shí)，隨著氫能經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，氫燃料電池成為緊張的新能源應(yīng)用平臺(tái)。為防止氫燃料中少量一氧化碳（CO）對(duì)燃料電池催化劑的毒化，可采用水煤氣變換反應(yīng)對(duì)氫燃料進(jìn)行純化。作為一個(gè)低溫有利反應(yīng)，假如能找到可以在較低溫度工作的高效水煤氣變換催化劑，就能在獲得高催化活性的同時(shí)獲得熱力學(xué)的上風(fēng)，這也是與低溫氫燃料電池（工作溫度70-90攝氏度）有用整合的必要。因此，開發(fā)在低溫區(qū)（<150^_℃）同時(shí)具有高催化活性和穩(wěn)固性的水煤氣變換催化劑具有龐大意義。

最近，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院馬丁課題組與大連理工大學(xué)石川、美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室Jose A. Rodriguez、中國科學(xué)院大學(xué)周武、山西煤化所/中科合成油溫曉東等課題組合作，突破了以可還原性載體分散貴金屬為低溫變換催化劑的傳統(tǒng)研究思路，行使過渡金屬碳化物熱穩(wěn)固性好且與被分散金屬有較強(qiáng)相互作用的特點(diǎn)，構(gòu)建了雙功能碳化物負(fù)載金催化劑Au/α

北京大學(xué)函授報(bào)名、北京大學(xué)成人高考報(bào)名

-MoC：立方相α-MoC低溫活化解離H₂O，被分散的金促進(jìn)低溫CO吸附活化，在界面處完成重整反應(yīng)并生成H₂。該催化劑可將水煤氣轉(zhuǎn)變反應(yīng)溫度大幅降低至120^_℃。在空速高達(dá)180,000h^-1的反應(yīng)條件下，反應(yīng)活性達(dá)到1.05mol_CO/（mol_Au*s），較文獻(xiàn)報(bào)道提拔了一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，而CO轉(zhuǎn)化率超過95%，有用解決了水煤氣變換反應(yīng)低溫條件下高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率與高反應(yīng)速率不能兼得的難題。單原子分辨率的球差校正電鏡和吸取譜學(xué)研究并結(jié)合理論模仿計(jì)算注解：在Au與載體碳化鉬的強(qiáng)相互作用影響下，Au形成二維層狀納米結(jié)構(gòu)，并形成缺電子中間，這是CO和H₂O低溫有用活化的關(guān)鍵，同時(shí)該催化劑在高溫活化和反應(yīng)條件下體現(xiàn)出優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性。該研究工作構(gòu)建了新的低溫產(chǎn)氫系統(tǒng)，為氫能經(jīng)濟(jì)的推廣以及氫氣純化過程提供了新的思路。該研究成果以“Atomic-layered Au clusters on α-MoC as catalysts for the low temperature water-gas-shift reaction”為題發(fā)表于2017年6月22日的Science上（DOI：10.1126/science.aah4321）。

? 水煤氣反應(yīng)示意圖

北京大學(xué)姚思宇博士、大連理工大學(xué)博士研究生張曉以及中國科學(xué)院大學(xué)周武研究員是本論文的共同第一作者。研究工作得到了“973計(jì)劃”、國家天然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院以及“青年千人計(jì)劃”等資助。

編輯：安寧

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