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Nano Res.│西北工业大学张秋禹教授、张和鹏教授课题组:追本溯源!利用原位红外技术探究Ni掺杂CeO₂催化逆水煤气反应机理

日期: 2022-06-06
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原创 西北工大

背景介绍


大气中CO2浓度的增加导致严重的温室效应和全球变暖。由于CO可以通过费托合成制备多种高附加值化学品, 因此热催化还原CO2制备CORWGS反应)是一种有效的实现碳封闭循环的策略。如前所述,RWGS反应为一吸热过程,高温(> 500 °C)有利于CO2CO的转化,提高反应的选择性,但此时存在高耗能的问题。降低反应温度虽然可以减少能量消耗,但低的CO2转化率以及副产物CH4的生成都限制了低温RWGS反应的发展。因此探究低温下具有高反应活性、高选择性以及高CO2转化效率的催化剂成为RWGS反应领域研究的重点。。


成果简介


西北工业大学张和鹏教授团队以Ni为掺杂剂,制备了一种高活性、高稳定性的Ni掺杂CeO2催化剂(1.0-Ni-CeO2),并将其用于低温催化逆水煤气反应的研究。结果显示,在300 ℃、质量空速为60000 mL·g−1·h−1时, CO的选择性为100%1.0-Ni-CeO2单位质量NiCO生成速率可达1382 mmol·gNi−1·h−1DFT计算和原位漫反射红外(DRIFTS)结果表明,H21.0-Ni-CeO2表面氧空位处发生异裂,形成Ce3+-OHCe-H物种,Ni的掺杂大幅提高了Ce-H物种的稳定性。CO2优先与Ce3+-OH发生作用形成碳酸氢盐,而Ce-H物种释放的H-进一步将碳酸氢盐还原,经甲酸盐中间体最终生成CO。本工作的新发现为进一步深入了解RWGS反应机理奠定基础,同时也为设计经济、高效和稳定的低温 RWGS反应催化剂提供了一种新的思路。

Nano Res.│西北工业大学张秋禹教授、张和鹏教授课题组:追本溯源!利用原位红外技术探究Ni掺杂CeO₂催化逆水煤气反应机理


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