Thermal Activation and Deactivation of Ni‐Doped Ceria Catalysts in CO2 Methanation

甲烷化 催化作用 材料科学 煅烧 化学工程 氧化铈 无机化学 碳纤维 纳米颗粒 化学 纳米技术 冶金 有机化学 复合数 复合材料 工程类
作者
Mathias Barreau,Davide Salusso,Jinming Zhang,Michael Haevecker,Detre Teschner,Anna Efimenko,Elisa Borfecchia,Kamil Sobczak,Spyridon Zafeiratos
出处
期刊:Small science [Wiley]
卷期号:5 (5)
标识
DOI:10.1002/smsc.202400540
摘要

Discovered almost 130 years ago by P. Sabatier, CO 2 hydrogenation to methane (CO 2 methanation) is presently attracting attention as one of the most promising methods for storing intermittent renewable energy in the form of chemical fuels. Ni particles supported by CeO 2 constitute a very effective, reliable, and reasonably priced catalyst for CO 2 methanation. Recently a new type of CO 2 methanation catalyst, consisting of cerium oxide (ceria) nanoparticles doped with nickel (NiCeO x ) in a specific square‐planar configuration with an extremely high‐Ni mass‐specific activity and almost 100% CH 4 selectivity, was reported. Here, a 50% enhancement in the CO 2 conversion of the NiCeO x catalyst by carefully adjusting the calcination temperature is demonstrated. Notably, thermal aging at 600 °C enhances methanation performance by partially exsolving Ni to the surface, while higher temperatures (750 °C) lead to larger Ni particles, increased CO production, and surface carbon deposition. Several in situ and operando characterization methods are employed to correlate the thermal activation and deactivation of the catalyst with its nanoscale characteristics. Apart from their clear implications for the design of next‐generation Ni‐based CO 2 methanation catalysts, these findings significantly enhance understanding of the complex interplay and nature of various surface sites involved in CO 2 hydrogenation.
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