甲烷干法重整(DRM)可以將溫室氣體(CO2和CH4)轉化為具有附加值的合成氣(CO和H2),這是實現碳中和的有前景的方法之一,故設計抗焦化催化劑仍然是有效DRM反應的挑戰。
基于此,上海大學張登松和紐約州立大學布法羅分校武剛等通過闡明Mo在提高DRM期間Ni基催化劑的抗結焦性方面的促進作用,開發了一種Mo修飾的ZSM-5作為“智能載體”的高效二元Mo-Ni催化劑,它闡述了MoOx和MoOxCy之間的動態變化,在DRM反應過程中實現了高效的碳去除。
添加Mo可抑制Ni氧化和獨特的MoOx?MoCxOy氧化還原循環,同時提高傳統Ni催化劑的活性和抗結焦性。此外,Mo的引入保持了更活躍的Ni0種。通過由Mo改性的Ni/ZSM-5驅動的甲酸鹽中間體進一步抑制了DRM期間的結焦。
Mo的存在可以在NiMo合金中保持更多的金屬Ni并增強CH4和CO2的吸附,這有利于DRM反應。通過使用原位DRIFT光譜觀察中間物種的動態變化,NiMo合金可以驅動更有效的DRM路線,可以有效地激活CH4和CO2。
原位拉曼和原位XRD結果表明固定在沸石上的Mo物種有助于MoOx之間的變化物種和碳氧化物/碳化物物種,從而實現動態碳去除。這些發現清楚地解釋了新開發的NiMo/Z催化劑的催化活性和穩定性增強的原因。這項工作同時實現了優異的活性并構建了實現動態碳去除的“智能載體”,也為設計用于DRM的高效催化劑提供了一種新方法。
High-Performance Binary Mo-Ni Catalysts for Efficient Carbon Removal during Carbon Dioxide Reforming of Methane. ACS Catalysis, 2021. DOI:10.1021/acscatal.1c02124
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