In Situ Exsolution of High-Density Ni Nanoparticles in LaAl 0.3 Mn 0.2 Ni 0.5 O 3−δ Cathode for the Electro-Thermocatalytic CO 2 -Intensified Dry Reforming of Methane

化学 甲烷 催化作用 合成气 电解 二氧化碳重整 串联 阴极 电化学 化学工程 纳米颗粒 傅里叶变换红外光谱 无机化学 漫反射红外傅里叶变换 氧化物 原位 产量(工程) 甲烷转化炉 催化重整 分析化学(期刊) 红外光谱学 陶瓷 多相催化
作者
Haolin Liu,Shuo Wang,Houfu Lv,Rongtan Li,Yuxiang Shen,Chaobin Zeng,Xiaomin Zhang,Yuefeng Song,Na Ta,Shaowei Zhang,Fang Lü,Guoxiong Wang,Xinhe Bao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (51): 46922-46931 被引量:2
标识
DOI:10.1021/jacs.5c09782
摘要

The tandem electro-thermocatalytic system, which integrates dry reforming of methane with reverse water–gas shift and H2O electrolysis reactions within a solid oxide electrolysis cell, offers an innovative path for the utilization of CO2-rich feedstocks. The identification of the correlation between the interface-dependent characteristics and both catalytic activity and stability remains a formidable challenge. Herein, we focus on the exsolution of high-density and well-dispersed nanoparticles semiembedded on the LaAl0.3Mn0.2Ni0.5O3−δ cathode by modulating the Al and Mn co-doping strategy. The substantial and stable metal@perovskite interfacial sites exhibit high intrinsic activity for the tandem electro-thermocatalytic system, which provides high single-pass CO2 and CH4 conversion over 92%, syngas yield over 93%, apparent CH4 reducibility up to 3.91, and a CH4 turnover frequency of 73.77 molCH4 molNi–1 s–1 using various CO2-rich feedstocks (CO2/CH4 = 2–4) at 800 °C. In situ electrochemical diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy and density functional theory calculations demonstrate the crucial role of *OH electrolysis in the tandem catalysis process. This work elucidates the structure–activity relationship between the metal@support interfacial sites and catalytic activity and stability for the tandem electro-thermocatalytic system.
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