Rh/InGaN1−O nanoarchitecture for light-driven methane reforming with carbon dioxide toward syngas

合成气 二氧化碳重整 甲烷 X射线光电子能谱 化学工程 材料科学 催化作用 光化学 化学 有机化学 工程类
作者
Yixin Li,Jinglin Li,Tianqi Yu,Liang Qiu,Syed M. N. Hasan,Lin Yao,Pan Hu,Shamsul Arafin,Sharif Md. Sadaf,Lei Zhu,Baowen Zhou
出处
期刊:Science Bulletin [Elsevier BV]
卷期号:69 (10): 1400-1409 被引量:30
标识
DOI:10.1016/j.scib.2024.02.020
摘要

Light-driven dry reforming of methane toward syngas presents a proper solution for alleviating climate change and for the sustainable supply of transportation fuels and chemicals. Herein, Rh/InGaN1-xOx nanowires supported by silicon wafer are explored as an ideal platform for loading Rh nanoparticles, thus assembling a new nanoarchitecture for this grand topic. In combination with the remarkable photo-thermal synergy, the O atoms in Rh/InGaN1-xOx can significantly lower the apparent activation energy of dry reforming of methane from 2.96 eV downward to 1.70 eV. The as-designed Rh/InGaN1-xOx NWs nanoarchitecture thus demonstrates a measurable syngas evolution rate of 180.9 mmol gcat-1 h-1 with a marked selectivity of 96.3% under concentrated light illumination of 6 W cm-2. What is more, a high turnover number (TON) of 4182 mol syngas per mole Rh has been realized after six reuse cycles without obvious activity degradation. The correlative 18O isotope labeling experiments, in-situ irradiated X-ray photoelectron spectroscopy (ISI-XPS) and in-situ diffuse reflectance Fourier transform infrared spectroscopy characterizations, as well as density functional theory calculations reveal that under light illumination, Rh/InGaN1-xOx NWs facilitate releasing *CH3 and H+ from CH4 by holes, followed by H2 evolution from H+ reduction with electrons. Subsequently, the O atoms in Rh/InGaN1-xOx can directly participate in CO generation by reacting with the *C species from CH4 dehydrogenation and contributes to the coke elimination, in concurrent formation of O vacancies. The resultant O vacancies are then replenished by CO2, showing an ideal chemical loop. This work presents a green strategy for syngas production via light-driven dry reforming of methane.
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