Structurally regenerable high entropy aluminate spinel catalysts for dry reforming of methane

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作者
Abhaya K. Datye,Christopher Ryan Riley,Brandon Burnside,Ryan Alcala,Nichole Valdez,Stephen Porter,Wei‐Ping Huang,Andrew De La Riva,Perla Salinas,R.J. Grant,Mark A. Rodriguez,Jeffrey T. Miller
出处
期刊:Chemcatchem [Wiley]
标识
DOI:10.1002/cctc.202401949
摘要

The dry reforming of methane reaction is a promising means to convert two potent greenhouse gases, methane and carbon dioxide, into industrially valuable synthesis gas. However, the presence of reducing gases and high operating temperatures degrade conventional nickel catalysts via excessive coke formation and particle sintering. These catalysts are not readily regenerated because the oxidative heat treatments employed to remove coke further promote active particle sintering. Herein, we designed high entropy aluminate spinel oxides (MAl2O4 where M = Co, Mg, Ni, and divalent site vacancies in nominal equimolar concentration) as selective and regenerable reforming catalysts. Under reaction conditions, reducible nickel and cobalt cations exsolved from the spinel lattice to form highly selective bimetallic particles on the oxide surface. Instead of sintering, these particles uniquely redissolved back into the aluminate lattice upon reoxidation and regained the original spinel structure. This phenomenon is ascribed to entropic stabilization, wherein an increase in configurational entropy creates a thermodynamic driving force for redispersing supported metal particles back into the multi‐cationic oxide structure, which was not seen on the NiAl2O4 sample where Ni sintered during oxidation to burn off coke. High entropy materials thus provide a unique mechanism of regeneration, which is inaccessible in conventional catalysts.
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