In situ generation of active motifs on Ni/Al2O3 during partial oxidation of methane to syngas

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作者
Yuanlong Tan,Qiao Zhao,Chen Liang,Chaobin Zeng,Hongwen Guo,Fengyuan Liu,Guang Xian Pei,James Hayward,Jingyuan Ma,Han Zhao,Xiaoyan Liu,Wei Liu,Tao Yang,Aiqin Wang,Graham John Hutchings,Tao Zhang
出处
期刊:Nature Catalysis [Nature Portfolio]
卷期号:9 (8): 848-857
标识
DOI:10.1038/s41929-026-01580-1
摘要

Abstract The active phase for the partial oxidation of methane (POM) to syngas on Ni catalysts has been attributed to metallic nanoparticles, with high Ni loadings (~10 wt%) considered essential. Here we show, on NiO surfaces, that in situ-generated [Ni 1 O 1 Ni 4 ] motifs, where one Ni atom sits on an oxygen atom that bridges four surrounding Ni atoms, drive POM with promising efficiency. A Ni/Al 2 O 3 -ME catalyst with Ni loading of 0.8 wt% fabricated via deposition of preformed Ni nanoparticles onto Al 2 O 3 achieves 92.0% CH 4 conversion and 87.0% CO/H 2 selectivity at 650 °C for POM, maintaining a stable H 2 /CO ratio of 2.0. Operando spectroscopy and environmental microscopy confirm the oxidation of metallic Ni to NiO during POM. The results of operando high-resolution annular bright-field imaging, combined with density functional theory calculations, suggest that the [Ni 1 O 1 Ni 4 ] structure formed on the NiO(100) surface reduces the C–H activation barrier to 12.5 kcal mol −1 . Thus, metallic Ni nanoparticles with high metal loadings may not be strictly required for efficient POM.
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