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ACS Catalysis:Ni-Cu基催化剂上甲醇蒸气重整制氢机理研究

甲醇蒸气重整(MSR)使用的Ni-Cu催化剂具有成本低和对CO2和H2选择性高的优点,使其成为甲醇制氢的理想催化剂。此外,双金属Ni-Cu合金阻止了不良甲烷、CO和焦炭的产生。

基于此,葡萄牙波尔图大学José L. C. Fajín(通讯作者)等人报道了通过密度泛函理论(DFT)计算研究了Ni-Cu表面的全MSR机理,进一步解释了它们对该反应的高活性和高选择性。

通过研究其所有可能的反应路线,特别是在水煤气转换(WGS)反应之后实现甲醇分解和导致从甲醇直接形成CO2的路线,进一步了解Ni-Cu催化剂上的MSR机制。

作者还考虑了导致甲烷和焦炭形成的途径,以找出Ni-Cu催化剂限制其形成的原因。提出的密度泛函理论(DFT)计算等理论方法用于研究各种催化表面上的不同SR路线,即 Ru(0001)、PdZn(111)、ZnCu(111)、Co(0001)和Co(111)、Cu(111)或其他TM(111)和TM(100)表面,其中TM=Ag、Au、Cu、Pt、Pd、Ir、Rh和Ni。DFT计算也已用于相反过程的研究,即CO或CO2加氢生成甲醇,显示了Ni-Cu催化剂催化此类反应的潜力。

此外,MSR在Ni-Cu表面的演变主要是通过催化表面上的甲醇分解,然后是WGS反应,该反应将甲醇分解获得的CO转化为CO2和额外的H2。甲醇直接生成CO2应是催化剂中存在梳状表面的少数途径。最重要的是,Ni-Cu合金抑制了甲烷和焦炭的形成,而CO物种的高解吸屏障避免了其产生。

总之,本研究收集的信息以及对这些表面上MSR反应机理的深入了解将有助于未来设计改进的Ni-Cu合金基甲醇制氢催化剂。

Insights into the Mechanism of Methanol Steam Reforming for Hydrogen Production over Ni-Cu-Based Catalysts. ACS Catal., 2021, DOI: 10.1021/acscatal.1c03997.

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c03997.


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