双界面稳定电子缺陷Ni0位点实现高效耐久甲烷干法重整

《Applied Catalysis B: Environment and Energy》：Electron-Deficient Ni0 Sites Stabilized by Dual Ni/MgNiO 2 Interface Enable Efficient and Durable Dry Reforming of Methane

本文报道了一种三明治结构MgNiO2@Ni@MgNiO2催化剂，通过双界面限域效应构建电子缺陷Ni0位点和氧空位（Ov），在700°C甲烷干法重整（DRM）反应中展现优异活性与200小时稳定性，为设计抗积碳烧结催化剂提供新策略。

　　

催化剂制备

Mg(OH)₂纳米片的合成参照我们先前报道的方法进行。简而言之，将商用MgO在973 K下煅烧后，按1:10的质量比（MgO/H₂O）与水混合，剧烈搅拌24小时。随后，将混合物过滤、彻底洗涤、80°C干燥并精细研磨，得到白色Mg(OH)₂粉末。

将0.05 mol的Mg(OH)₂添加到含有0.025 mol Ni(NO₃)₂·6H₂O的50 mL水溶液中，并剧烈搅拌。

催化剂制备原理

MgNiO₂@Ni@MgNiO₂催化剂通过离子交换（Mg(OH)₂ + Ni²⁺ → Mg(OH)₂@Ni(OH)₂）和配位离子交换方法（Mg(OH)₂@Ni(OH)₂ + [Mg(EDTA)]^2- → Mg(OH)₂@Ni(OH)₂@Mg(OH)₂ + [Ni(EDTA)]^2-）相结合制备，随后在700°C的H₂/Ar气流中还原Mg(OH)₂@Ni(OH)₂@Mg(OH)₂。最初，Ni²⁺被引入到Mg(OH)₂悬浮液中。由于Ni(OH)₂的溶度积（Ksp ≈ 5.5 × 10^-16）显著低于Mg(OH)₂的溶度积（K_SP ≈ 1.8 × 10^-11），

结论

总而言之，我们开发了一种三明治结构的MgNiO₂@Ni@MgNiO₂催化剂，其中双界面限域导致了电子缺陷Ni⁰位点和丰富的氧空位（O_v）。该催化剂在700°C的DRM反应中表现出高活性，并保持了200小时的稳定性能，积碳和Ni颗粒烧结可忽略不计。表征结果和DFT计算揭示，电子缺陷Ni⁰位点促进了CH_x*中间体的形成，