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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重要反應(yīng)，其與水蒸汽重整反應(yīng)組合是目前廉價制氫的主要工業(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，隨著氫能經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，氫燃料電池成為重要的新能源應(yīng)用平臺。為防止氫燃料中少量一氧化碳（CO）對燃料電池催化劑的毒化，可采用水煤氣變換反應(yīng)對氫燃料進(jìn)行純化。作為一個低溫有利反應(yīng)，如果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獲得熱力學(xué)的優(yōu)勢，這也是與低溫氫燃料電池（工作溫度70-90攝氏度）有效整合的需要。因此，開發(fā)在低溫區(qū)（<150^oC）同時具有高催化活性和穩(wěn)定性的水煤氣變換催化劑具有重大意義。

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最近，北京大學(xué)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，利用過渡金屬碳化物熱穩(wěn)定性好且與被分散金屬有較強(qiáng)相互作用的特點(diǎn)，構(gòu)建雙功能碳化物負(fù)載金催化劑Au/α-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變化反應(yīng)溫度大幅降低至120 ^oC。在空速高達(dá) 180,000h^-1的反應(yīng)條件下，反應(yīng)活性達(dá)到1.05 mol_CO/(mol_Au*s)，較文獻(xiàn)報道提升了一個數(shù)量級以上，而CO轉(zhuǎn)化率超過95%，有效解決水煤氣變換反應(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收譜學(xué)研究并結(jié)合理論模擬計(jì)算表明：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)，并形成缺電子中心，這是CO和H₂O的低溫有效活化的關(guān)鍵，同時該催化劑在高溫活化和反應(yīng)條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。該研究工作構(gòu)建了新的低溫產(chǎn)氫體系，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）。

http://science.sciencemag.org/content/early/2017/06/21/science.aah4321

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