In-situ analiza Ni/CeZrO2 med reakcijo reforminga CH4 in CO2
Pretvorba metana in ogljikovega dioksida v H2 in CO že dalj časa predstavlja zahteven, a hkrati zanimiv znanstveni in tehnološki izziv. Pravilno strukturirani katalizatorji na osnovi nanodelcev niklja, ki so dispergirani na CeO2 in CeZrO2, so aktivni in odporni na stranske reakcije, še posebej akumulacijo ogljika. Slednja pogosto povzroča deaktivacijo katalizatorja.
Razumevanje mehanizma delovanja Ni/CeO2 katalizatorja omogoča njegove nadaljnje izboljšave. Z namenom dobiti kakovostne in relevantne informacije o aktivnih komponentah katalizatorja, je le-te potrebno pridobiti s karakterizacijo katalizatorja pri pogojih, ki so karseda blizu tistim med katalitsko reakcijo. Le-to predstavlja precejšen tehnološki izziv.
V tej raziskavi smo sodelavci Odseka za anorgansko kemijo in tehnologijo (D09) s Kemijskega inštituta (Kristijan Lorber, Janvit Teržan in dr. Petar Djinović) s sodelavci iz BNL, Argonne National Laboratory in NSLS z uporabo in-situ analiznih tehnik (XRD, AP-XPS in XAFS) preiskovali vlogo Zr v Ni/CeO2 katalizatorju.
Prisotnost Zr se kaže kot višja katalitska aktivnost in izboljšana selektivnost za vodik v primerjavi z Ni/CeO2. Razlogi za opažene makroskopske razlike so večji delež Ce3+ dosežen med aktivacijo Ni/CeZrO2 katalizatorja, kot tudi med katalitsko reakcijo, v primerjavi z Ni/CeO2. Nikelj se med reakcijo nahaja v kovinskem stanju, Zr ostaja 4+ in svoje valence ne spreminja. Zr4+ se vgrajuje v strukturo CeO2 in tvori trdno raztopino. Le-to izboljša termično obstojnost CeO2, preprečuje sintranje in vgrajevanje Ni, ter posledično nastanek NiCeOx trdne raztopine. Rezultat je višji delež katalitsko aktivnega kovinskega niklja na površini CeZrO2 delcev.
Raziskava prinaša neposreden dokaz o ključnih lastnostih aktivnega Ni/CeZrO2 katalizatorja, ki omogoča sočasno pretvorbo metana in ogljikovega dioksida v sintezni plin pri relativno milih pogojih.
Raziskava je bila objavljena v reviji ACS Catalysis:
ZHANG, Feng , LIU, Zongyuan, CHEN, Xiaobo, RUI, Ning, BETANCOURT, Luis E., LIN Lili, XU, Wenqian, SUN, Chengjun, ABEYKOON, A. M. Milinda, RODRIGUEZ, José A., TERŽAN, Janvit, LORBER, Kristijan, DJINOVIĆ, Petar, SENANAYAKE, Sanjaya D. Effects of Zr Doping into Ceria for the Dry Reforming of Methane over Ni/CeZrO2 Catalysts: in Situ Studies with XRD, XAFS, and AP-XPS. ACS Catalysis, 2020, 10, 3274−3284.
Spletna povezava: https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.9b04451
Več informacij: petar.djinovic[at]ki.si