BN载体增强La掺杂MFC钙钛矿催化甲烷燃烧的性能与机理研究

本文综述了采用六方氮化硼（h-BN）作为高热导率载体、镧（La）作为添加剂制备复合粉末钙钛矿MFC/BN催化剂，用于低浓度甲烷高效催化燃烧的研究。该催化剂在455.7°C实现甲烷完全燃烧，在800°C高温下稳定运行超过25小时（转化率>97%）。研究表明，BN载体优异的热导率改善了传热并抑制催化剂老化，La掺杂诱导生成更多Mn4+、Fe3+和晶格氧（Olat）物种，动力学分析揭示了反应活化能（73.6 kJ/mol）及甲烷脱氢氧化为速率控制步骤的机理。

　　

Highlight

六方氮化硼（h-BN）是一种典型的高温陶瓷材料，以其优异的化学稳定性、热导率、电绝缘性、表面光滑度、耐磨性和低热膨胀系数而闻名。其独特的类石墨烯层状结构为活性组分的吸附和分散提供了高效平台，可促进锰-铁-钴（Mn-Fe-Co）活性位点的暴露。本研究基于B位铁-钴（Fe-Co）共掺杂...

Effects of high thermal conductivity supporters

为探究载体热导率对催化活性的影响，本节将MFC钙钛矿负载于不同热导率的惰性载体上，包括二氧化硅（SiO₂）、α-氧化铝（α-Al₂O₃）、碳化硅（SiC）和氮化硼（BN）。这些载体的高化学惰性可避免与催化剂发生副反应，确保热导率成为影响活性的主要因素。考虑到金属的高热膨胀系数...

Research limitations

本研究开发了以BN为高热导率载体、La为添加剂的复合粉末钙钛矿MFC/BN，并详细评估了其甲烷催化活性。然而，从工业应用视角看仍存在一定局限：首先，催化性能仅限实验室规模验证，未在大型设备中测试；其次，从粉末催化剂到结构化催化剂的转化面临显著挑战...

Conclusions

本研究通过BN载体负载和La添加剂引入增强了MFC粉末的催化活性，并通过高温老化和长期测试验证了其工业适用性。随后，通过多种表征技术系统分析了载体热导率和金属添加剂对催化反应的影响。最后，结合动力学实验和表征分析，提出了甲烷催化氧化的反应机理。