Dual Active Sites of Ni‐O‐Ti on NiTiO 3 Coated Ni for Efficient and Robust Photothermal CO 2 Methanation

甲烷化 材料科学 催化作用 光热治疗 离解(化学) 化学工程 吸附 纳米颗粒 选择性 非平衡态热力学 产量(工程) 空间速度 金属 碳纤维 纳米技术 纳米复合材料 工作(物理) 过渡金属 光化学 科技与社会 纳米结构 化学吸附
作者
Chengxin Liu,Hui Kong,Mei Liu,Xingzhi Wang,Liguo Zhao,Hong Liu,Xi Liu,Shengping Wang,Weijia Zhou
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.70870
摘要

ABSTRACT Converting CO 2 into value‐added fuels using a Ni‐based core–shell catalyst is beneficial for addressing the carbon deposition‐induced deactivation of Ni. However, designing highly active shells is critical. In this study, nickel titanate‐coated metallic Ni nanoparticles (Ni@NiTiO 3 ) are synthesized via laser‐induced nonequilibrium reaction. The obtained Ni@NiTiO 3 as a photothermal catalyst for converting CO 2 to CH 4 achieves a high CH 4 yield of 1.48 mol g cat −1 h −1 and CH 4 selectivity of 94.3% under the light intensity of 2.52 W cm −2 . The outstanding catalytic performance is ascribed to the presence of the Ni‐O‐Ti structure with dual active sites in the shell of Ni@NiTiO 3 . Specifically, Ni 2+ species in the Ni‐O‐Ti structure enhance CO 2 adsorption and activation, while Ti species stabilize high‐valent Ni species to maintain activity. Meanwhile, the metallic Ni core reduces the energy barrier for H 2 dissociation on the shell surface, thus facilitating the subsequent CO 2 hydrogenation. In a flow reactor (weight hourly space velocity of 200 000 mL g cat −1 h −1 ), Ni@NiTiO 3 achieves 77.1% CO 2 conversion and maintains long‐term stability for 100 h, which can also be efficiently driven under sunny conditions. This work demonstrates the design concept of core–shell catalyst with a highly active shell prepared via laser‐induced nonequilibrium reactions for efficient photothermal catalytic CO 2 hydrogenation reactions.
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