Ni/Al2O3催化剂表面状态对CH4氧化反应的影响

采用瞬变响应技术研究了常压700℃条件下气相O2、Ni/Al2O3催化剂表面上可逆吸附氧物种及催化剂的表面状态对CH4吸附、反应以及CH4部分氧化反应的影响,同时也对CH4部分氧化制合成气反应过程中催化剂表面所处的状态进行了研究.结果表明,如果催化剂表面处于氧化态,CH4不能吸附分解,只能通过RidealEley机理与催化剂表面的吸附氧进行非选择性氧化反应,这将严重影响CH4的转化和目的产物H2、CO的选择性.只有在还原的催化剂上,CH4部分氧化制合成气反应才能高转化、高选择性地进行.在CH4部分氧化制合成气反应过程中,催化剂表面处于还原态,不存在多余的中间氧物种NiO,但存在少量的碳物种,这有利于保持催化剂的还原态和抑制CO2的生成.     

活性炭负载的钴基催化剂催化费托合成反应一步合成C_1-C_(18)混合醇:二氧化硅助剂的作用（英文）

采用费托合成反应以及X射线衍射、H2程序升温还原、CO脉冲化学吸附和N2物理吸附表征手段研究了Si O2助剂对活性炭负载的钴基催化剂上生成C1-C18混合醇的影响.结果表明,Si O2的添加抑制了钴物种的还原,但提高了钴物种的分散度,同时抑制了金属钴颗粒在反应过程中的团聚,从而显著提高了催化剂的活性.适量Si O2的添加促进了碳化钴的生成,从而提高了总醇选择性.重要的是,通过Si O2抑制钴物种的还原,导致大量二价钴物种的生成,从而有助于CO插入到碳链中间体中而使高碳醇容易生成.     

尖晶石型衍生的Ni/Al2O3催化剂低温催化顺酐加氢合成丁二酸酐

开发高活性的顺酐加氢制丁二酸酐和γ-丁内酯催化剂具有重要的工业意义.顺酐加氢多采用Cu基和Ni基催化剂,但一般Cu基和Ni基催化剂存在反应温度高(170–260℃)和稳定性差等缺点,很有必要开发高活性的顺酐加氢催化剂.我们以拟薄水铝石作为Al2O3载体的前驱体,采用浸渍法制备了一系列镍铝尖晶石型衍生的不同Ni含量的Ni/Al2O3催化剂,并研究了它们在顺酐加氢反应中的催化性能.还原前Ni/Al2O3催化剂的X射线衍射结果表明,催化剂含有NiAl2O4物种.氮吸附结果显示,不同Ni含量的催化剂均具有介孔结构.氢-程序升温还原研究发现,Ni/Al2O3催化剂经750℃还原2 h后,其表面上NiAl2O4物种能被高效还原.X射线粉末衍射结果表明,750℃还原的Ni/Al2O3催化剂中金属Ni颗粒尺寸随着Ni负载量升高而增大.利用一氧化碳-程序升温脱附对750℃还原的Ni/Al2O3催化剂进行研究,发现750℃还原的催化剂上金属Ni物种含量从高到低依次为:Ni(7.5%)/Al2O3>Ni(5%)/Al2O3>Ni(2.5%)/Al2O3.采用CO化学吸附获得的Ni(2.5%)/Al2O3,Ni(5%)/Al2O3和Ni(7.5%)/Al2O3催化剂上金属Ni颗粒尺度分别为8.0,12.8和15.7 nm.活性研究结果表明,750℃还原的Ni(5%)/Al2O3催化剂具有最高的催化活性,这可能是由于Ni(5%)/Al2O3催化剂具有较多的Ni活性位点和较合适的Ni颗粒粒度所致.进一步研究发现,在650–750℃还原温度下,Ni(5%)/Al2O3催化剂的还原度随着还原温度的升高而升高,Ni分散度随着还原温度的升高而降低.活性结果研究表明,700℃还原的Ni(5%)/Al2O3催化剂具有较多的Ni活性位点和较合适的Ni颗粒粒度,具有最高的加氢催化活性,其在120℃,H2压力为0.5 MPa和质量空速为2 h?1的反应条件下,能获得近100%的顺酐转化率和90%的丁二酸酐选择性,同时该催化剂具有优良的稳定性.以上结果表明,尖晶石型衍生的Ni/Al2O3催化剂是一个十分有应用前景的顺酐加氢催化剂.     

Co-ZSM-5催化剂上乙烯选择性催化还原Nox表面中间物种的组成

 采用预处理-瞬态反应产物分析方法定量研究了Co-ZSM-5催化剂上乙烯选择性催化还原氮氧化物反应过程中表面中间物种的组成. 催化剂在275 ℃经0.1%NO-0.05%C2H4-10%O2/Ar混合气处理后生成了表面中间物种NCaObHc, 该物种与NO/O2/Ar混合气反应比与单独的NO或O2反应生成更多的N2. 通过质谱、红外吸收四组分 (CO2, CO, CH4和N2O)分析仪及气相色谱-质谱联用等技术分析了表面中间物种与NO/O2/Ar混合气反应的产物,确定了表面中间物种中三种元素N, C和H的平均原子数之比为1.0∶1.8∶5.0 (氧物种由于实验原因很难确定).     

Zr-Ni/Al2O3催化剂上苯由H2O2氧化直接氨基化制苯胺

用浸渍法制备了Ni／Al2O3和Zr-Ni／Al2O3催化剂，用于以过氧化氢为氧化剂的苯直接氧化胺化制苯胺反应，并对催化剂进行了程序升温还原、室温氧吸附和氢吸附及XRD表征，结果表明，我们所制的Ni基催化剂对苯胺的生成都有活性，加入Zr后，催化剂中Ni物种更分散，低温可还原物种增加，室温吸氧和吸氢能力都增强，反应活性和对目标产物的选择性增大，Zr一方面使Ni物种进一步分散，增大催化剂的吸氢量和表面可还原Ni物种，有利于C-H键的活化；同时Zr与Ni的相互作用，促进了低温可还原物种的生成，使催化剂室温吸氧量增大，有利于苯的氧化，这种Zr和Ni的协同作用提高了催化剂的活性和选择性，催化剂的制备方法影响Zr与Ni的协同作用，使含Zr的两个催化剂的活性和选择性显示出差异。     

铂族金属催化剂低温 CO氧化研究近期进展

CO氧化可能是多相催化领域最常见的反应,它不仅能作为探针反应研究催化剂结构、反应活性位等,而且在诸多实际过程如空气净化、汽车尾气污染物控制、燃料电池所用氢源净化等扮演重要角色.最早的 CO氧化催化剂为霍加拉特剂,其组分主要为 CuO与 MnO2混合氧化物,然而在实际应用过程中存在低温活性低、吸湿易失活等缺点.1987年, Haruta等发现湿化学法制备的氧化物负载 Au催化剂表现出非常高的低温 CO氧化活性及耐水稳定性,其 Au粒子以纳米尺度分散,进而引发了催化研究领域的“淘金热”及纳米催化研究热潮.而 CO氧化通常作为考察 Au催化剂结构性质的探针反应,也成为考核其它金属催化剂是否具有高活性的判据之一. Pt族金属上 CO氧化反应从 Langmuir等研究开始至今已有100多年,然而低温下该金属催化剂活性与 Au催化剂相比要低一个数量级.本质原因为 Pt族金属上 CO吸附较强, O2吸附与活化受到抑制,而该步骤被认为是 CO氧化的速控步,因而表现出较低的催化活性.通常 Pt族金属催化剂需要100oC以上 CO才能脱附, O2进而得以吸附.目前研究人员采取多种策略,其基本原则为削弱 Pt族金属上 CO吸附强度或者提供其它活性位供 O2吸附与活化.本综述将概括近十年来Pt族金属催化剂 CO氧化研究进展,主要总结室温甚至超低温条件下的研究成果.高活性 CO氧化催化剂主要是通过采用可还原氧化物为载体或助剂,或者改变催化剂表面性质如使表面富 OH基物种来形成. Au催化剂的研究发现,改变金属粒子尺寸极有可能获得不同寻常的催化性能,而常规的 Pt族金属催化剂研究主要是在纳米尺度.近期人们发现逐渐减小 Pt族金属粒子尺寸,从纳米到亚纳米甚至单原子时,其电荷状态逐渐呈正价形式,这有利于削弱其 CO吸附强度.此外,可通过增强金属载体间的相互作用,改变金属载体接触方式,如从核壳到交叉结联结构,构筑出更多的金属载体界面,使得 O2更容易吸附与活化或稳定更多的 OH基物种进而在此界面与吸附的 CO反应.伴随着表征技术的发展, CO氧化机理的认识也更加深入,这给催化剂的设计带来更多新的思路.(1)改变 CO吸附活化位,将 CO吸附活化位从金属转移到载体上,从而大大降低 CO吸附强度,活化的 CO物种在反应过程中容易溢流到金属载体界面处,这甚至有利于超低温度下(–100oC左右) CO氧化.(2)改变 O2活化形式. O2通常在 Pt族金属上容易以解离氧原子形式存在,通过改变载体、金属载体界面性质使得 O2以分子氧形式活化,如形成超氧或过氧物种,这有利于降低 CO氧化的活化能垒,进而提高其低温甚至超低温下 CO氧化活性.今后,设计并合成出在超低温度下能够氧化 CO的 Pt族金属催化剂将成为 CO氧化催化剂研究的重要方向之一.     

Ni(OCH3)2/SiO2催化剂的制备及其合成碳酸二甲酯的反应性能

采用表面改性和离子交换相结合的方法，制备了负载型单核金属甲氧基配合物Ni(OCH3)2/SiO2催化剂。利用IR、TPD、TPSR和微反技术，考察了催化剂的表面结构以及CO2、CH3OH在催化剂表面上的化学吸附和反应性能。结果表明，负载型单核金属甲氧基配合物Ni(OCH3)2/SiO2中，Ni^2 与载体SiO2表面的O^2-以双齿形式配位；在催化剂表面存在CO2的桥式吸附态和甲氧碳酸酯基物种两种吸附态，CH3OH则只有一种分子吸附态。在373-473K条件下，CO2和CH3OH在催化剂上的反应物主要是DMC、H2O以及少量的CO、CH4和CH2O，催化剂的活性由表面甲氧碳酸酯基物种与分子吸附态甲醇的反应决定的。讨论了催化剂上CO2和CH3OH的活化过程及吸附态的形成机理。     

贫燃条件 In-Ag/TiO2-γ-Al2O3催化 CO选择性还原NO

汽车尾气中主要污染成分 CO和 NOx可导致酸雨、光化学烟雾和臭氧空洞效应,对生物、环境及生态系统造成重大危害。污染源中 CO是性能优良的还原剂,如能不添加还原剂实现 CO催化还原 NOx,将成为最具经济技术优势的 NOx脱除技术。在富氧、低温条件下,利用 CO选择性催化还原 NOx为 N2,是目前选择性催化还原研究中的热点和难点。催化 CO还原 NOx常用的贵金属 Ir, Rh, Pt和Pd矿藏稀少,价格昂贵,有氧条件下活性急降,而分子筛催化剂和一些金属氧化物催化剂普遍存在反应温度高,尤其对 N2选择性差等问题。为解决上述问题,需寻找新的适合我国矿产资源的催化体系。研究发现,稀散金属基催化剂对氮氧化物的净化具有一定效果,因而可将我国的稀散金属资源优势转化为技术优势和经济优势。因此,本文以 TiO2-γ-Al2O3(TA)为载体, In/Ag为活性组分,采用等体积浸渍法制备了 InAg/TA以及 In/TA, Ag/TA和InAg/Al (γ-Al2O3为载体)催化剂,考察了贫燃条件下 CO选择性还原NO的催化活性。研究表明,双金属催化剂InAg/Al和 InAg/TA的活性比单金属催化剂In/TA和 Ag/TA高, In/TA催化剂中引入 Ag物种能降低起燃温度;另外,相比于InAg/Al催化剂, InAg/TA催化剂具有较高的催化活性,550?600°C时 N2产率超过60%,说明载体中引入TiO2可以提高催化剂活性。为了深入研究 InAg/TA催化剂中 Ag物种和TiO2对 In物种的作用,通过比表面测定、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱、紫外-可见光吸收光谱、氢气程序升温还原、傅立叶变换红外线光谱等方法分析了催化剂结构和表面形态。结果表明, Ag物种可以提高 In物种的分散性, In和 Ag物种在 TA载体表面可以很好地分散,从而有利于提高催化活性。 In和 Ag物种在 TA载体表面以氧化态形式存在,并且 Ag物种可以提高 In物种表面含量,表面 In和 Ag物种含量越高,吸附活性位越多,催化活性越高;同时, TiO2也可以促进 NO吸附,从而提高 InAg/TA催化剂活性。 InAg/TA催化剂在450°C连续反应72 h进行稳定性测试,测试前后分别在50?600°C进行活性测试,并用 XRD和 TEM对反应后的催化剂进行表征测试。结果表明, InAg/TA催化剂具有较好的稳定性,连续反应前后催化剂活性基本保持不变,推测可能由于在有 CO和O2存在的体系中, Ag物种利用自身 Ag+与 Ag0之间的氧化还原反应抑制了活性组分 In2O3的还原和聚集,稳定了 In物种乃至催化剂活性。 InAg/TA催化剂用于贫燃条件下CO还原NO具有较好的催化效果,主要归因于催化剂活性组分分散性好,稳定性高,对NO吸附能力强。 Ag物种可以稳定In物种并提高其分散性, TiO2可以改善In物种和Ag物种的分散性并促进NO吸附。     

介质阻挡放电和CuZSM-5结合体系中等离子体对C2H4的作用

采用吸附、程序升温脱附及氧化和发射光谱等技术研究了介质阻挡放电对气相和催化剂表面吸附乙烯的作用. 实验表明, 介质阻挡放电等离子体能脱附催化剂表面吸附物种(如CO2和H2O等), 并引发表面化学反应生成新物种(如在等离子体作用下C2H4和O2生成CO2和H2O); 改变催化剂表面积碳化合物结构, 并降低其起燃点; 引发气相中乙烯发生反应生成中间物种或碎片(如CN和CH等). 在富氧体系NO/O2/N2中加入C2H4, 能使介质阻挡放电等离子体和CuZSM-5“一段法”结合体系产生协同效应, 提高NOx转化率. 该协同效应的产生与等离子体在气相及催化剂表面引发化学反应, 产生参与NOx还原反应的新稳态物种和短寿命高能活性物种有关.     

ZrO2修饰Cu催化剂对甲醇吸附原位红外表征

通过原位红外漫反射实验比较研究了甲醇在Cu及ZrO2/Cu催化剂表面的吸附与反应,并且采用不同还原温度来处理催化剂,改变催化剂表面的氧含量,并进一步研究甲醇吸附和反应性能随着催化剂表面氧含量的变化规律.结果表明,甲醇在Cu催化剂表面反应生成吸附态甲醛物种,进一步生成CO2,而在ZrO2/Cu表面形成甲酸盐物种,并与表面氧进一步反应生成CO2.随着催化剂还原温度的升高,反应中间物进一步生成CO2的反应速率变慢,说明催化剂表面的氧物种含量决定着催化剂甲醇吸附中间物种的形成及反应速率.     

Methane reforming With CO2 to syngas over CeO2-promoted Ni/Al2O3-ZrO2 catalysts Prepared Via a direct sol-gel process

CeO2-promoted Ni/Al2O3-ZrO2 (Ni/Al2O3-ZrO2-CeO2) catalysts were prepared by a direct sol-gel process with citric acid as gelling agent. The catalysts used for the methane reforming with CO2 was studied by infrared spectroscopy (IR), thermal gravimetric analysis (TGA), microscopic analysis, X-ray diffraction (XRD) and temperature-programmed reduction (TPR). The catalytic performance for CO2 reforming of methane to synthesis gas was investigated in a continuous-flow micro-reactor under atmospheric pressure. TGA, IR, XRD and microscopic analysis show that the catalysts prepared by the direct sol-gel process consist of Ni particles with a nanostructure of around 5 nm and an amorphous-phase composite oxide support. There exists a chemical interaction between metallic Ni particles and supports, which makes metallic Ni well dispersed, highly active and stable. The addition of CeO2 effectively improves the dispersion and the stability of Ni particles of the prepared catalysts, and enhances the adsorption of CO2 on the surface of catalysts. The catalytic tests for methane reforming with CO2 to synthesis gas show that the Ni/Al2O3-ZrO2-CeO2 catalysts show excellent activity and stability compared with the Ni/Al2O3 catalyst. The excellent catalytic activity and stability of the Ni/Al2O3-ZrO2-CeO2 are attributed to the highly, uniformly and stably dispersed small metallic Ni particles, the high reducibility of the Ni oxides and the interaction between metallic Ni particles and the composite oxide supports.     

Tuning the Adsorption Energy of Methanol Molecules Along Ni‐N‐Doped Carbon Phase Boundaries by the Mott–Schottky Effect for Gas‐Phase Methanol Dehydrogenation

Engineering the adsorption of molecules on active sites is an integral and challenging part for the design of highly efficient transition‐metal‐based catalysts for methanol dehydrogenation. A Mott–Schottky catalyst composed of Ni nanoparticles and tailorable nitrogen‐doped carbon‐foam (Ni/NCF) and thus tunable adsorption energy is presented for highly efficient and selective dehydrogenation of gas‐phase methanol to hydrogen and CO even under relatively high weight hourly space velocities (WHSV). Both theoretical and experimental results reveal the key role of the rectifying contact at the Ni/NCF boundaries in tailoring the electron density of Ni species and enhancing the absorption energies of methanol molecules, which leads to a remarkably high turnover frequency (TOF) value (356 mol methanol mol^?1 Ni h^?1 at 350 °C), outpacing previously reported bench‐marked transition‐metal catalysts 10‐fold.     

碱金属阳离子对铁卟啉电催化CO2还原的影响

电催化CO2还原反应(CO2RR)可以有效地将温室气体转化为燃料或高附加值的化学品,从而缓解目前人类所面临的环境问题和能源危机,其中开发高效的电催化剂是至关重要的环节.近年来,研究者设计了多种高效的过渡金属配合物(包括Mn,Fe,Co,Ni和Cu)用作CO2RR分子电催化剂,并研究了其中的构效关系,例如,在分子内修饰质子给体取代基或电荷取代基可以显著提高CO2RR的催化效率.而电催化CO2RR的实际应用要在含有碱金属阳离子(例如,Na+和K+)的电解质水溶液中进行,但在已有报道中,很少有关于碱金属阳离子对CO2RR的影响.在众多的分子催化剂中,铁卟啉可以以较高的催化活性和选择性实现CO2到CO的转化.重要的是,卟啉环的刚性结构、稳定的配位环境及其骨架上官能团的易于修饰性成为研究CO2RR的构效关系的理想分子模型.基于以上考虑,本文以铁卟啉配合物为分子模型,研究了碱金属阳离子Na+和K+对电催化CO2RR的影响.首先,本文合成了简单的A4型铁卟啉化合物四-(3,4,5-三甲氧基苯基)-铁卟啉(FeP).并采用核磁共振、质谱分析、单晶衍射等表征手段对化合物进行了表征,在含有电解质的DMF溶液中测试其电催化CO2还原性能.实验结果表明,FeP可以实现高效的电催化CO2还原,催化电流随FeP的浓度呈线性增加,说明催化反应速率与催化剂浓度呈一级反应速率关系.较长时间的恒电压电解实验以及电解前后化合物的紫外-可见光谱证实了FeP的稳定性.通过气相色谱对产物进行分析,CO为主要产物,法拉第效率为95％.以上结果均表明,FeP是一个优良的分子催化剂.在此基础上,本文还发现加入Na+和K+均可以显著提升催化活性,而K+的加入使催化电流的提升更加显著,这可能是由于K+在溶液中的迁移速度比Na+更快.基于此实验现象,本文通过在FeP的第二配位层修饰1-氨-18-冠-6-醚官能团(N18C6),合成了N18C6-FeP化合物.结果表明,由于N18C6与Na+/K+之间的配位作用,使得N18C6-FeP比FeP具有更好的电催化CO2RR活性.研究表明,催化活性的提升归因于碱金属阳离子能够通过静电相互作用稳定Fe-CO2中间体.1H NMR谱证实了N18C6基团的确能够螯合碱金属阳离子.本文研究证明了碱金属阳离子对改善电催化CO2RR的积极作用,对于进一步深入了解CO2RR催化反应机理和未来合理的设计高效催化剂也都具有重要意义.     

Electrochemical CO2 Activation and Valorization on Metallic Copper and Carbon-Embedded N-Coordinated Single Metal MNC Catalysts

The electrochemical reductive valorization of CO₂, referred to as the CO2RR, is an emerging approach for the conversion of CO₂-containing feeds into valuable carbonaceous fuels and chemicals, with potential contributions to carbon capture and use (CCU) for reducing greenhouse gas emissions. Copper surfaces and graphene-embedded, N-coordinated single metal atom (MNC) catalysts exhibit distinctive reactivity, attracting attention as efficient electrocatalysts for CO2RR. This review offers a comparative analysis of CO2RR on copper surfaces and MNC catalysts, highlighting their unique characteristics in terms of CO₂ activation, C₁/C₂₍₊₎ product formation, and the competing hydrogen evolution pathway. The assessment underscores the significance of understanding structure–activity relationships to optimize catalyst design for efficient and selective CO2RR. Examining detailed reaction mechanisms and structure-selectivity patterns, the analysis explores recent insights into changes in the chemical catalyst states, atomic motif rearrangements, and fractal agglomeration, providing essential kinetic information from advanced in/ex situ microscopy/spectroscopy techniques. At the end, this review addresses future challenges and solutions related to today's disconnect between our current molecular understanding of structure–activity-selectivity relations in CO2RR and the relevant factors controlling the performance of CO₂ electrolyzers over longer times, with larger electrode sizes, and at higher current densities.     

制备条件对Ni在Al_2O_3表面上的分配形态及Ni/Al_2O_3体系催化加氢性能的影响

用比表面和孔体积测定、XRD和程序升温还原(TPR)方法研究了一系列不同制备条件对Ni在Al_2O_3表面上的分配形态及其对CO加氢反应催化性能的影响.实验发现,本文所用制备条件对催化剂的比表面、孔体积及孔径分布无显著的影响.浸渍时间愈长,催化剂上能在较低温度下还原的物种愈少,催化剂上CO的加氢活性愈低;在浸渍前对载体作室温抽空处理后制得的催化剂上,Ni在Al_2O_3表面是高度分散的,这一高度分散物种易于在低温下还原,使该催化剂具有很高的CO加氢活性和生成CH_4选择性;载体的抽空温度及对载体加热均对Ni物种形态及其分配、催化剂性能有明显影响.     

Surface properties of Ni-Pt/SiO2 catalysts for N2O decomposition and reduction by H2

The surface properties of bimetallic Ni-Pt/SiO2 catalysts with variable Ni/Ni + Pt atomic ratio (0.75, 0.50, and 0.25) were studied using N2O decomposition and N2O reduction by hydrogen reactions as probes. Catalysts were prepared by incipient wetness impregnation of the silica support with aqueous solutions of the metal precursors to a total metal loading of 2 wt %. For both model reactions, Pt/SiO2 catalyst was substantially more active than Ni/SiO2 catalyst. Mean particle size by TEM was about the same (in the range 6-8 nm) for all catalysts and truly bimetallic particles (more than 95%) were evidenced by EDS in the Ni-Pt/SiO2 catalysts. CO adsorption on the bimetallic catalysts showed differences in the linear CO absorption band as a function of the Ni/Pt atomic ratio. Bimetallic Ni-Pt/SiO2 catalysts showed, for the N2O decomposition, a catalytic behavior that points out an ensemble-size sensitive behavior for Ni-rich compositions. For the N2O + H2 reaction, the bimetallic catalysts were very active at low temperature. The following activity order at 300 K was observed: Ni75Pt25 > Ni25Pt75 approximately Ni50Pt50 > Pt. TOF values for these catalysts increased 2-5 times compared to the most active reference catalyst (Pt/SiO2). The enhancement of the activity in the Ni75Pt25 bimetallic catalysts is explained in terms of the presence of mixed Ni-Pt ensembles.     

Electrochemical Conversion of CO2 to Syngas with Controllable CO/H2 Ratios over Co and Ni Single‐Atom Catalysts

The electrochemical CO₂ reduction reaction (CO₂RR) to yield synthesis gas (syngas, CO and H₂) has been considered as a promising method to realize the net reduction in CO₂ emission. However, it is challenging to balance the CO₂RR activity and the CO/H₂ ratio. To address this issue, nitrogen‐doped carbon supported single‐atom catalysts are designed as electrocatalysts to produce syngas from CO₂RR. While Co and Ni single‐atom catalysts are selective in producing H₂ and CO, respectively, electrocatalysts containing both Co and Ni show a high syngas evolution (total current >74 mA cm^?2) with CO/H₂ ratios (0.23–2.26) that are suitable for typical downstream thermochemical reactions. Density functional theory calculations provide insights into the key intermediates on Co and Ni single‐atom configurations for the H₂ and CO evolution. The results present a useful case on how non‐precious transition metal species can maintain high CO₂RR activity with tunable CO/H₂ ratios.     

Electrochemical Conversion of CO2 to Syngas with Controllable CO/H2 Ratios over Co and Ni Single-Atom Catalysts

The electrochemical CO₂ reduction reaction (CO₂RR) to yield synthesis gas (syngas, CO and H₂) has been considered as a promising method to realize the net reduction in CO₂ emission. However, it is challenging to balance the CO₂RR activity and the CO/H₂ ratio. To address this issue, nitrogen-doped carbon supported single-atom catalysts are designed as electrocatalysts to produce syngas from CO₂RR. While Co and Ni single-atom catalysts are selective in producing H₂ and CO, respectively, electrocatalysts containing both Co and Ni show a high syngas evolution (total current >74 mA cm⁻²) with CO/H₂ ratios (0.23–2.26) that are suitable for typical downstream thermochemical reactions. Density functional theory calculations provide insights into the key intermediates on Co and Ni single-atom configurations for the H₂ and CO evolution. The results present a useful case on how non-precious transition metal species can maintain high CO₂RR activity with tunable CO/H₂ ratios.     

添加钠对低镍甲烷化催化剂结构性能的影响

用活性测试、XRD和EXAFS方法研究了一系列含Ni 6wt％、添加不同量Na助剂的γ-Al_2O_3担载Ni甲烷化催化剂的结构性能。结果表明:Ni与Al_2O_3有较强的相互作用。添加不同量的Na助剂能增强或削弱这种作用,从而影响催化剂宏观性能,Na在Al_2O_3上是高度分散的。它的影响是通过改变载体表面性能从而改变Ni的状态及其分布,Ni的分散度和Ni-Al_2O_3相互作用而完成的。适量Na可提高Ni的分散度,优化Ni-Al_2O_3相互作用,从而提高催化剂活性。过量Na则会加强Ni-Al_2O_3相互作用,或者造成NiO自身聚集形成NiO晶相,从而降低Ni利用率,使催化剂活性降低。     

Cu-Ni双金属催化剂上CO_2的加氢反应

采用真空浸渍法 ,制备了 Cu- Ni双金属催化剂 (引入 Cu前 ,Ni以不同的状态存在 ) ,在连续流动微型反应装置上测试了各催化剂上的 CO2 加氢性能 ,并用 XRD方法对催化剂进行了表征 .实验发现 ,与 Cu/Al2 O3催化剂相比 ,Cu- Ni/Al2 O3催化剂上 CO2 逆变换反应的活性因 Ni的存在而受到抑制 . Cu引入前处于氧化态的 Ni,对所制得的 Cu- Ni催化剂上 CO生成的抑制更为明显 . Cu- Ni/Al2 O3双金属催化剂表现出 CO2 甲烷化的催化活性 ,用引入 Cu前处于还原态的 Ni制备的双金属催化剂 ,更有利于 CH4的生成