Catalyst and Catalysis Co-Exploration in Methane Utilization

催化作用 甲烷 化学计量学 合成气 化学 化学工程 多相催化 反应条件 空间速度 作文(语言) 产量(工程) 工艺工程 二氧化碳重整 材料科学 催化剂载体 无机化学 化学反应工程 转化(遗传学)
作者
Patchanee Chammingkwan,Ranjithkumar P. Manchan,Tomoya Nagai,Poulami Mukherjee,Taiyo Kaneuchi,Ryo Tamura,Toshiaki Taniike
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:16 (18): 17730-17739
标识
DOI:10.1021/acscatal.6c03318
摘要

Abstract Conventional catalyst development is typically confined to reaction-centric approaches, in which catalyst performance is evaluated under fixed feed compositions targeting a single desired product. Such strategies overlook the complexity of multicomponent reaction environments, where multiple competing pathways can emerge. Here, we present a high-throughput approach that enables the simultaneous exploration of catalyst composition and reaction conditions, using methane conversion as a representative system. Methane transformation was systematically investigated over a library of 200 catalysts across a broad CH4−O2−CO2 feed compositional space, without imposing predefined reaction targets or stoichiometric constraints. Product formation was monitored using unbiased full mass-scan analysis, allowing hydrocarbons, syngas components, and minor products to emerge directly from the data. Moving beyond conventional benchmarks, optimal performance frequently arises at feed compositions that deviate significantly from the stoichiometric ratios of established methane reactions. Expanding the accessible reaction space not only enhances attainable yields but also reveals high-performing catalysts that would remain unrecognized under fixed-condition evaluation. The results further demonstrate that catalytic performance arises from coupled catalyst–condition interactions, rather than intrinsic material properties assessed at a single feed condition.

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