催化剂提供了低温制氢途径

一种有效、稳定的催化剂在常温下工作，可以把水和一氧化碳变成纯净的气流氢还有二氧化碳。¹一种能在低得多的温度下工作的催化剂的开发，可能会推动氢经济的概念，使天然气的生产成本更低。

将一氧化碳和水蒸气结合生成氢气的水气转换反应已经是工业化学中最重要的反应之一，因为生产化肥、甲醇和无数其他化学物质都需要氢气。它也经常被吹捧为一种清洁的交通燃料，因为它唯一的燃烧产物是水。

不幸的是，目前的水气转换催化剂需要高温才能有效工作，这推动了反应的平衡远离氢。事实上，低温有利于正向反应。然而，目前工业中使用的铜和铁基催化剂在低于300˚C时无效，这不仅效率低，而且还会给燃料电池带来问题，因为氢气中未反应的一氧化碳会毒害它们铂催化剂。

因此，研究人员研究了一系列用于反应的低温催化剂。在2017年,丁马北京大学教授和他的同事报告说黄金碳化钼基板上的原子在低至150˚C的温度下非常活跃．²在新的研究中，研究小组测试了几种含铂量从0.02wt%到8wt%的碳化钼催化剂。该催化剂在低至40˚C和120˚C至400˚C的温度下均表现出活性，负载2wt%的催化剂可转化90%以上的一氧化碳。

所有的催化剂都表现出了有史以来最高的活性。含有0.2wt%或更低铂的催化剂最初每铂原子的活性最高。Ma解释说，这是意料之中的，因为活性位点是金属-衬底界面。“CO吸附是在铂上完成的;在碳化钼上进行水活化。“因此，在原子分散的情况下，铂的效率最高。然而，这种活动在10小时内几乎消失了。含2wt%及以上铂的催化剂，每个铂原子的初始活性较低，但在初始下降后，活性持续存在。碳化钼与氧气因此，如果没有C-O键合铂来改造它，那么氢氧离子就会逐渐将碳化钼离子氧化成氧化钼，”Ma解释道。“但如果铂上有高密度的CO，那么这些羟基离子就会不断转变，产生二氧化碳和氢。”

反应物的同位素标记使研究人员得出结论，除了通常的机制外，催化剂表面还发生了另一种机制，这有助于解释其前所未有的活性。所提出的机制不是吸附羟基然后进行氧交换，而是涉及到CO双键的裂解，产生碳自由基，碳自由基通过两种相似的途径之一直接与吸附的羟基反应。他说，这种情况以前从未报道过。我们认为，这些新路线产生的氢气所占的比例约为30-35%。

苏珊娜•斯科特加州大学圣巴巴拉分校的教授对此印象深刻。她说:“催化剂似乎对低温水气转换反应非常活跃，并稳定在碳化钼相的氧化上，这在过去的研究中一直是一个问题。”然而，她警告说，定量比较可能会产生误导，因为反应速率可能“强烈地、非线性地”依赖于操作条件。她对这个“非常不寻常”的新机制持怀疑态度。她说:“CO键非常强，所以它在低温下快速可逆断裂是出乎意料的。”“我们需要更多的研究来支持这一假设，包括排除可逆碳酸盐形成等其他机制的同位素交换。”