等离子体诱导甲烷催化零碳裂解实现高选择性制氢与碳纳米管定向构建

本文系统阐述了等离子体增强甲烷裂解（非热等离子体）在低温条件下实现高纯度氢气（H2）和高价值碳纳米管（CNTs）协同生产的新策略。研究通过等离子体辅助催化剂制备（如Ni/Al2O3）与反应过程协同调控，显著提升甲烷转化率（48.45%）和氢选择性（92.15%），并实现碳纳米管尺寸形貌的定向调控（域尺寸9.69 nm）。该技术为化石能源低碳转化与纳米材料绿色合成提供了创新路径。

　　

亮点

等离子体辅助催化剂制备

在化学气相沉积（CVD）常用的活性金属中，镍（Ni）展现出相对温和的反应温度区间和更持久的运行稳定性。这些特性使其特别适合等离子体协同催化——不仅能提升催化活性，还可促进纳米碳产品的成核与生长。因此本研究选择了Ni/Al₂O₃催化剂体系，其中γ-Al₂O₃作为结构载体……

改性催化剂与原始催化剂的对比分析

不同催化剂在450°C、常压条件下反应的气相产物结果如图3(a)所示。实验结果表明，热催化裂解反应中未生成烃类产物，因此氢气选择性为100%。经等离子体处理的催化剂显著提高了甲烷转化率，从37.4%升至45.28%。结果证明催化剂的性能得到了有效提升……

结论

1. 1.
   等离子体处理在保持催化剂基本组成和晶体结构的同时，实现了镍在氧化铝载体上更均匀的分散。与未处理催化剂相比，等离子体处理产生了更小、分散度更高的金属团簇，从而增加了活性位点与甲烷分子的界面接触概率。这种形态优化使热裂解条件下的甲烷转化效率从37.40%提升至45.28%……