ACS Catal综述：Ni基CO2甲烷化催化剂

纳米技术

2020-11-26

CO₂的甲烷化反应为缓解CO₂释放、可能有助于能量的储存和收集。在该领域中，修饰在基底上的Ni催化剂在CO₂甲烷化反应中是最有前景的催化剂，因此理解基底材料起到的作用对设计Ni基CO₂甲烷化催化剂是非常基础的课题。有鉴于此，华东理工大学朱明辉等综述报道了基底对催化剂结构的影响、CO₂吸附/活化、CO₂甲基化反应机理，催化剂的失活。进一步的，对Ni基催化剂体系的发展方向进行展望，对该催化剂体系中的催化剂晶面暴露、强金属-基底相互作用、催化剂基底的酸碱性/可还原性、不同基底上的CO₂甲烷化过程进行展望。

本文要点：

（1）

在担载于基底上的Ni基催化剂中，展示了较高的CO₂甲烷化反应活性。此外，催化剂的基底对活性位点有显著改善，对催化剂的失活有较大影响，调控基底促进Ni金属暴露更多的高活性Ni(111)晶面、抑制金属态Ni⁰纳米粒子的团聚。

（2）

通过调控Ni基催化剂的基底，能改变CO₂甲烷化反应的过程。在CO₂甲烷化反应中，需要两种活性位点，其中Ni催化剂位点用于H₂切断、CO甲烷化，但是CO₂吸附/活化在金属态Ni⁰、金属-基底界面上都能够进行，该过程取决于催化剂种基底种类。当Ni不修饰在任何基底，或修饰在还原性较弱、CO₂吸附/解吸活性较差的惰性基底上，Ni⁰对CO₂分子的吸附/解吸、CO甲烷化反应都是活性位点。但是当基底吸附CO₂的能力增加，在金属-基底界面上产生了新催化反应位点。此外，当催化剂中的基底使用还原型基底，由于催化剂中界面氧空穴作用，CO₂的活化得以显著改善。

（3）

CO₂甲烷化反应和反应的机理、反应动力学有较强的关系，受到Ni纳米粒子的结构、催化剂基底的酸碱性等因素影响。目前人们对Ni基CO₂甲烷化催化剂的结构-活性关系仍未得到完全和深入理解。

参考文献

Liang Shen, Jing Xu, Minghui Zhu*, and Yi-Fan Han, Essential Role of the Support for Nickel-Based CO₂ Methanation Catalysts, ACS Catal. 2020, 10, XXX, 14581–14591

DOI: 10.1021/acscatal.0c03471

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c03471