祝贺硕士研究生黄忠亮在Chemical Engineering Science期刊发表研究论文!
近日,2018级硕士研究生黄忠亮以第一作者在国际期刊《Chemical Engineering Science》(化工领域三大顶级期刊之一)上发表题为 “CO2 Hydrogenation over Mesoporous Ni-Pt/SiO2 Nanorod Catalysts: Determining CH4/CO Selectivity by Surface Ratio of Ni/Pt”的研究论文。这是课题组在CO2加氢催化领域的又一研究成果。
在过去二十年中大气中的二氧化碳浓度一直增加,预计到本世纪末将达到~570 ppm。这引起了全球变暖、气候变化和海洋酸化等广泛的环境问题。CO2 现已被用作替代碳源,在 H2环境中(氢气可为光伏发电和电解水获得,简称绿色氢),在多功能催化剂作用下,通过热还原 CO2 转化为CO,CH4, CH3OH,二甲醚,烯烃等。目前,文献中报道了大量用于 CO2 加氢的金属催化剂,包括贵金属(如 Pt、Au、Pd 等)、3d 过渡金属(如 Fe、Co、Ni、Cu 等)和过渡金属氧化物(如 ZnO、Co3O4 等)。研究表明,单独的 Pt 倾向于通过 RWGS 反应选择性地产生 CO。作为一种廉价且容易获得的过渡金属,负载在金属氧化物(如 Al2O3、La2O3、MgO、ZrO2、TiO2 等)上的 Ni 催化剂对甲烷化反应活性非常高,但稳定性略差。
基于此,本研究提出了一种不同摩尔比的Ni/Pt双金属负载在介孔二氧化硅纳米棒 (mSNR)上,用于研究其对 CO2 加氢产物选择性的影响。由于 mSNR 是不可还原的惰性载体,它将消除载体效应(如氧空位或强金属-载体相互作用)对催化性能的影响。研究表明,单金属 Pt/mSNR 和 Ni50Pt50/mSNR 催化剂的主要产物是CO,甲烷选择性可以忽略不计。然而,当 Ni/Pt 比率增加到 9 时,甲烷为主要产物。结果表明可以通过简单地调整 Ni/Pt 摩尔比来有效控制 CO2 加氢中 CH4/CO 的选择性。其中,Ni98Pt2/mSNR 显示出最佳的 CO2 转化率(59%)和CH4 选择性(96%)。此外,稳定性评价实验表明,在 Ni 催化剂(特别是 Ni98Pt2/mSNR)中加入微小的 Pt 可以提高甲烷的稳定性和产率。众多证据表明了Pt和Ni的摩尔比是决定催化剂最终性能的重要因素。
此外,通过CO2 加氢 TPSR 证明了Ni/mSNR 和 Ni98Pt2/mSNR 分别在 240 和 253 ℃形成 CH4,而 CO2 可以在 Pt/mSNR 催化剂上直接分解为 CO* 和 O*。而原位DRIFTS表明Ni 位点对于 CO2 吸附形成碳酸氢盐或碳酸盐物质具有高度活性。同时,Ni 位点的存在促进了 CO* 中间体通过 CHxO* 转化为 CH4。 该研究工作为负载型Ni-Pt双金属CO2加氢催化剂的高活性和良好的耐久性提供了理论依据。
参与上述研究工作的学生还包括化工学院2019级本科生袁羽佳、2019级硕士研究生宋苗苗等。该研究工作得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金、福建省大学科技创新团队计划以及华侨大学研究生创新项目的资助。备注:黄忠亮同学是A214课题组优秀的硕士毕业生,科研成果丰富,今年7月硕士毕业后,目前在厦门大学化学化工学院化工系攻读博士学位,在此祝愿忠亮同学在博士阶段科研顺利!
全文链接:https://doi.org/10.1016/j.ces.2021.117106