不同碳载体上的碳化钼催化剂的合成与表征

由河南理工大学的研究人员对不同碳载体上的碳化钼催化剂的合成与表征进行了研究，通过钼酸铵在纤维素、g-C3N4、MWCNTs和木质素磺酸钠上的渗碳制备了碳化钼，而没有使用任何气态碳源。此外，通过使用同步热分析仪-四极杆质谱联用系统的原位表征，对碳化钼的形成进行了深入研究。

碳化钼是一种类似贵金属的材料，在许多应用领域显示出巨大的潜力。传统的温度编程还原法（Conventional Temperature-Programmed-Reduction, TPRe）使用含碳气体与钼前体进行渗碳，取得了重大进展，但仍难以推广。

迄今为止，过渡金属碳化物因其独特的电子结构、高熔点、极强的硬度和优异的催化性能，已成为新型催化材料领域的热点。一般来说，过渡金属碳化物是一种间隙化合物，由碳原子插入过渡金属的晶格中形成，并表现出与昂贵的贵金属（如铂）一样的特殊结构和理化性质。在不同的过渡金属碳化物中，碳化钼具有一些独特的特性，在碳氢化合物的选择性异构化、苯酚的加氢脱氧（HDO）、氨合成、加氢脱氮、水气变换、加氢脱硫、加氢精制、合成气制低级醇和氢气进化反应（HER）等反应中显示出优异的催化性能。

典型的合成过程主要是通过碳和钼前体的热解反应实现的，大多数用于制备碳化钼催化剂的方法包括温度程序化还原（TPRe）、碳热氢还原（CHRe）和碳热还原（CRe），这是一种单一来源的前体方法。此外，化学气相沉积（CVD）和热解金属络合物也被用来获得纳米级、高比例和清洁表面的碳化钼。

其中，TPRee以氧化钼为前驱体，以含碳气体（CH₄、C₄H₁₀、CO等）为碳源，以H₂为还原气体。这种方法可以制备出高活性的催化剂，这种催化剂在空气中容易燃烧而不需要钝化，很难大规模应用。该方法的问题是气态反应物，易燃易爆，容易造成事故。

实际上，碳载体的存在不仅可以提供碳源，还可以固定和分散钼源，从而提高制备的碳化钼的分散性。因此，在碳热还原法中，固体碳资源也是生产碳化钼的一个非常关键的因素。

这项研究中采用了基于不同有机高分子材料的各种固体碳前体来合成碳化钼，包括SLF（以木质素磺酸钠为原料制成的碳材料）、多壁碳纳米管（MWCNTs）、纤维素（CEL）和g-C₃N₄（以三聚氰胺为原料制成的碳材料）。

此外，XRD、SEM、CO-TPD、FTIR和有机元素分析（OEA）等多种表征也表明，在不同载体上制备的碳化钼可以保留固体碳载体的骨架和多孔结构，也可以生成新的结构，而载体的组成和结构也会对碳化钼的吸附和理化性能产生影响。

这项题为“Synthesis and Characterization of Molybdenum Carbide Catalysts on Different Carbon Supports”的研究报告已发表在《Catalysis Today》上。该研究由Shihang Menga, Xiaoxiao Xue, Yujing Weng和Siyi Jianga等人展开。这项研究揭示了支持性碳化钼的形成机制，并为在不同固体碳材料上制备碳化钼提供了更好的理解。

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