DFT-beräkning av CH4-nedbrytning. Kredit:QIAO Botao
Torrreformering av metan (DRM) är processen att omvandla metan (CH 4 ) och koldioxid (CO 2 ) till syntesgas (syngas). Sedan CO 2 och CH 4 är de två viktigaste atmosfäriska växthusgaserna (GHG), såväl som rikliga och billiga kolkällor, DRM har potential att mildra ökande växthusgasutsläpp och samtidigt realisera renare(re) fossilbränsleanvändning.
Ni-katalysatorer är de mest lovande kandidaterna för DRM på grund av deras låga kostnad och höga initiala aktivitet. Dock, In situ katalysatordeaktivering orsakad främst av kolavsättning (koksning) har hindrat deras kommersiella användning.
Forskare vid Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vid Chinese Academy of Sciences har nu utvecklat en helt koksresistent Ni-baserad single-atom katalysator (SAC). Deras resultat publicerades i Naturkommunikation .
Forskarna utvecklade först en hydroxyapatit- (HAP) -stödd Ni SAC, studerade dess DRM-prestanda, och fann att både HAP-stödda Ni SAC och Ni nanokatalysator inaktiverades snabbt under högtemperatur DRM.
Dock, Karakterisering av de använda proverna visade att deaktiveringsmekanismerna var helt olika:Deaktivering av nanokatalysatorn härrörde från koksen, medan deaktivering av Ni SAC härrörde från sintring av enkla Ni-atomer utan någon koksbildning. Dessa resultat antydde att mycket stabil och koksresistent Ni-SAC kunde erhållas om Ni-enkla atomer effektivt stabiliserades vid reaktion.
Forskarna dopade sedan HAP med cerium för att stabilisera enkla Ni-atomer genom stark metall-stödinteraktion. Den resulterande HAP-Ce-stödda Ni SAC var mycket stabil vid reaktion, utan koksbildning.
Ytterligare studier visade att Ni SAC i sig är koksresistent. Med andra ord, ingen koks bildades alls under reaktionen (i motsats till koks som bildades och sedan avlägsnades). Koksresistensen hos Ni SAC härrör från katalysatorns unika förmåga för selektiv aktivering av den första CH-bindningen i CH 4 .
