Methane Dry Reforming by Ni–Cu Nanoalloys Anchored on Periclase-Phase MgAlOx Nanosheets for Enhanced Syngas Production

材料科学 合成气 合金 二氧化碳重整 甲烷 化学工程 催化作用 制氢 甲烷转化炉 相(物质) 冶金 蒸汽重整 有机化学 化学 工程类
作者
Zhourong Xiao,Fang Hou,Junjie Zhang,Qiancheng Zheng,Jisheng Xu,Lun Pan,Li Wang,Ji‐Jun Zou,Xiangwen Zhang,Guozhu Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (41): 48838-48854 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acsami.1c14918
摘要

Stable and efficient syngas production via methane dry reforming is highly desirable as it utilizes two greenhouse gases simultaneously. In this work, active Ni-Cu nanoalloys stably anchored on periclase-phase MgAlOx nanosheets were successfully synthesized by a hydrothermal method. These highly dispersed small Ni-Cu alloys strongly interacted with the periclase-phase MgAlOx nanosheets, on which abundant base sites were accessible. On the optimal catalyst (6Ni6CuMgAl-S), methane and carbon dioxide conversion always reached 85 and 90% at 700 °C under a gas hour speed velocity of 40,000 mL/gcat h for more than 70 h. The hydrogen production rate was maintained at 1.8 mmol/min, and the ratio of H2/CO was kept at approximately 0.96 under a CH4 and CO2 flow rate of 25 mL/min. Coke deposition and Ni sintering were effectively suppressed by the formation of a Ni-Cu alloy, the laminar structure, and the periclase phase of the MgAlOx support. Moreover, the alloy nanoparticles were reconstructed into a segregated Ni-Cu alloy structure in response to the reaction environment, and this structure was more stable and still active. Density functional theory calculations showed that carbon adsorption was inhibited on the segregated Ni-Cu alloy. Furthermore, the experimental thermogravimetric and O2-TPO results confirmed the significant decrease in carbon deposition on the Ni-Cu alloy catalysts.
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