晶体相调控的Ni–TiO2界面工程在光热催化Fischer–Tropsch合成多碳烃中的应用

《ACS Catalysis》：Crystal Phase-Mediated Ni–TiO2 Interface Engineering for Photothermocatalytic Fischer–Tropsch Synthesis of Multi-Carbon Hydrocarbons

光热催化CO氢化中，Ni负载锐钛矿（a-TiO2）与金红石（r-TiO2）催化剂性能差异显著：Ni-r-TiO2在180℃下CO转化率达23.3%（Ni-a-TiO2为4.1%），C2+选择性提升至73.0%（对比50.1%）。CO-TPD和原位DRIFTS证实r-TiO2表面CO吸附活化更优，直接解离生成更多CH2*中间体。

　　

二氧化钛（TiO₂）的晶体相对其负载的金属催化剂的物理化学性质和催化活性有着显著影响。在本研究中，我们采用简单的浸渍-还原方法制备了两种催化剂：一种是将镍分散在锐钛矿相（a-TiO₂）和金红石相（r-TiO₂）的TiO₂载体上。我们评估了这两种催化剂在光热催化条件下对CO氢化反应的活性。结果显示，在180°C的光热温度下，负载镍的r-TiO₂（Ni-r-TiO₂）催化剂的CO转化率为23.3%，是负载镍的a-TiO₂（Ni-a-TiO₂）催化剂的5.7倍；同时，Ni-r-TiO₂催化剂对C₂₊烃的选择性提高了73.0%，而Ni-a-TiO₂催化剂的选择性仅为50.1%。通过CO-温度程序脱附（CO-TPD）实验、CO脉冲实验以及CO的活化能测定，进一步证实了Ni-r-TiO₂催化剂在CO吸附和活化方面的优越性能。原位漫反射红外傅里叶变换光谱（in situ DRIFTS）分析表明，Ni-r-TiO₂催化剂通过直接CO解离途径生成更多的CH₂*中间体，进而生成C₂₊烃。这项研究为优化催化剂载体设计、以实现高价值化学品的优先生成提供了重要启示。