Tuning reverse water gas shift and methanation reactions during CO2 reduction on Ni catalysts via surface modification by MoOx

甲烷化 水煤气变换反应 催化作用 合成气 解吸 化学工程 吸附 密度泛函理论 材料科学 反应速率 无机化学 化学 选择性 物理化学 有机化学 计算化学 工程类
作者
Ruoyu Zhang,Anlu Wei,Min Zhu,Xiaoxia Wu,Hua Wang,Xinli Zhu,Qingfeng Ge
出处
期刊:Journal of CO2 utilization [Elsevier BV]
卷期号:52: 101678-101678 被引量:72
标识
DOI:10.1016/j.jcou.2021.101678
摘要

Catalytic reduction of CO2 to CO via reverse water gas shift (RWGS) reaction provides a feasible approach to utilize CO2, since CO can be further converted to various versatile products through the syngas routes. Ni-based catalysts are low cost and have a high activity for CO2 reduction but are nonselective for RWGS due to competition from methanation. In this work, we demonstrated that surface modification of Ni by MoOx can be tailored to tune the reactions of RWGS and methanation. The addition of MoOx improves Ni dispersion through strong interactions whereas partially reduced MoOx modifies the surface of Ni particles through both geometric coverage and electronic modification. No CO adsorption was observed at room temperature on the NiMo catalyst with a Mo/Ni ratio of 1, confirmed by density functional theory calculation. Tracking product evolution showed that CO2 is first reduced to CO through RWGS on the Ni catalysts and methane is a product of CO hydrogenation. Apparent activation energy analysis indicates that the overall reaction is controlled by CO desorption. Addition of a small amount of Mo (Mo/Ni ratio of 0.1) shifts the reaction further to methanation selective with ∼100% CH4 selectivity as MoOx aids in the activation of both CO2 and CO. In contrast, the addition of a large amount of Mo (Mo/Ni ratio of 1) shifts the reaction to RWGS selective with a CO selectivity > 94%. This is attributed to the enhanced CO desorption from the surface as a result of MoOx modification.
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