构建钼稳定的镍氧活性位点以促进甲烷的低温干重整

《ACS Catalysis》：Constructing Molybdenum-Stabilized Nickel-Oxo Sites for Boosting Low-Temperature Dry Reforming of Methane

低温甲烷干重整高效催化机制研究，NiMo/MgO催化剂通过表面化学调控实现465℃下合成气产率提升，氢解速率优先形成羟甲基物种促进CO2氢解。

　　

甲烷干重整（Dry Reforming of Methane, DRM）将甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO₂）转化为合成气（H₂和CO），后者是生产高价值化学品的关键原料。然而，传统的甲烷干重整工艺需要高温（>800 °C）来有效激活C–H键和C=O键，从而导致较高的能耗。本文介绍了一种NiMo/MgO催化剂，能够在显著较低的温度（465 °C）下促进甲烷干重整反应。钼在催化剂表面化学结构中稳定了镍氧化物物种，降低了键解离所需的能量，从而实现了在较低温度下的高效甲烷干重整。通过原位稳态同位素瞬态动力学分析（SSITKA）、傅里叶变换漫反射红外光谱（DRIFTS）和同位素分析（¹³CO₂–CD₄），我们发现涉及C–H键的羟甲基的形成过程优先于脱氢过程发生，从而有效调控了二氧化碳氢化过程中表面羟基的聚集。实验结果表明，在465 °C下，H₂的产率为2.49 mmol g cat^–1 min^–1，CO的产率为2.34 mmol g cat^–1 min^–1。这些结果表明，在温和温度下运行的“羟基介导”的甲烷干重整机制能够有效提高合成气的产量。本研究为低温甲烷干重整的动力学机制及催化剂设计提供了新的见解，有助于提升能源利用效率。