不同碳載體上的碳化鉬催化劑的合成與表徵

由河南理工大學的研究人員對不同碳載體上的碳化鉬催化劑的合成與表徵進行了研究，通過鉬酸銨在纖維素、g-C3N4、MWCNTs和木質素磺酸鈉上的滲碳製備了碳化鉬，而沒有使用任何氣態碳源。此外，通過使用同步熱分析儀-四極杆質譜聯用系統的原位表徵，對碳化鉬的形成進行了深入研究。

碳化鉬是一種類似貴金屬的材料，在許多應用領域顯示出巨大的潛力。傳統的溫度程式設計還原法（Conventional Temperature-Programmed-Reduction, TPRe）使用含碳氣體與鉬前體進行滲碳，取得了重大進展，但仍難以推廣。

迄今為止，過渡金屬碳化物因其獨特的電子結構、高熔點、極強的硬度和優異的催化性能，已成為新型催化材料領域的熱點。一般來說，過渡金屬碳化物是一種間隙化合物，由碳原子插入過渡金屬的晶格中形成，並表現出與昂貴的貴金屬（如鉑）一樣的特殊結構和理化性質。在不同的過渡金屬碳化物中，碳化鉬具有一些獨特的特性，在碳氫化合物的選擇性異構化、苯酚的加氫去氧（HDO）、氨合成、加氫脫氮、水氣變換、加氫脫硫、加氫精製、合成氣制低級醇和氫氣進化反應（HER）等反應中顯示出優異的催化性能。

典型的合成過程主要是通過碳和鉬前體的熱解反應實現的，大多數用於製備碳化鉬催化劑的方法包括溫度程式化還原（TPRe）、碳熱氫還原（CHRe）和碳熱還原（CRe），這是一種單一來源的前體方法。此外，化學氣相沉積（CVD）和熱解金屬絡合物也被用來獲得納米級、高比例和清潔表面的碳化鉬。

其中，TPRee以氧化鉬為前驅體，以含碳氣體（CH₄、C₄H₁₀、CO等）為碳源，以H₂為還原氣體。這種方法可以製備出高活性的催化劑，這種催化劑在空氣中容易燃燒而不需要鈍化，很難大規模應用。該方法的問題是氣態反應物，易燃易爆，容易造成事故。

實際上，碳載體的存在不僅可以提供碳源，還可以固定和分散鉬源，從而提高製備的碳化鉬的分散性。因此，在碳熱還原法中，固體碳資源也是生產碳化鉬的一個非常關鍵的因素。

這項研究中採用了基於不同有機高分子材料的各種固體碳前體來合成碳化鉬，包括SLF（以木質素磺酸鈉為原料製成的碳材料）、多壁碳納米管（MWCNTs）、纖維素（CEL）和g-C₃N₄（以三聚氰胺為原料製成的碳材料）。

此外，XRD、SEM、CO-TPD、FTIR和有機元素分析（OEA）等多種表徵也表明，在不同載體上製備的碳化鉬可以保留固體碳載體的骨架和多孔結構，也可以生成新的結構，而載體的組成和結構也會對碳化鉬的吸附和理化性能產生影響。

這項題為“Synthesis and Characterization of Molybdenum Carbide Catalysts on Different Carbon Supports”的研究報告已發表在《Catalysis Today》上。該研究由Shihang Menga, Xiaoxiao Xue, Yujing Weng和Siyi Jianga等人展開。這項研究揭示了支持性碳化鉬的形成機制，並為在不同固體碳材料上製備碳化鉬提供了更好的理解。

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