Mechanistic Insights into the Role of CH 4 and CO 2 Activation in Dry Reforming of Methane over Ni/CeO 2 Catalysts with Different Crystal Planes

催化作用 甲烷 二氧化碳重整 离解(化学) 碳纤维 化学 Crystal(编程语言) 金属 材料科学 化学工程 氧气 多相催化 晶体结构 活动站点 无机化学 合成气 空位缺陷 反应机理 吸附 甲烷化 活化能 纳米技术 反应性(心理学) 晶体生长 原子单位 单晶 合理设计 光化学 过渡金属
作者
Li-Nan Huang,Han Zhao,Li Jiang,Jiahao Geng,Zhiqiang Li,Yuelun Li,Kongzhai Li
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:16 (4): 3267-3283 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c07146
摘要

The activation of CH 4 and CO 2 as well as the formation of carbon deposit are crucial for dry reforming of methane (DRM), and mechanistic insights into the relationship between reactant activation and carbon evolution during the DRM process are expected to provide guidance for the design of high-performance catalysts. Herein, by utilizing carefully defined Ni/CeO 2 model catalysts with different CeO 2 crystal planes, we elucidate at the atomic scale the roles of crystal plane in determining the reactant activation and carbon deposit formation in DRM by a joint experimental–theoretical method. The crystal planes of CeO 2 determine the active sites and activation ability for CH 4 and CO 2 by influencing Ni–CeO 2 interactions and oxygen vacancy (O V ) concentrations. Both the metal and interface active sites of Ni/CeO 2 (111) and Ni/CeO 2 (110) can activate CH 4 and exhibit good DRM activity. In contrast, only the metal site on Ni/CeO 2 (100) can activate CH 4, leading to a reduced DRM activity. The relatively balanced CH 4 and CO 2 activation pathways for Ni/CeO 2 (110) and Ni/CeO 2 (100) catalysts ensured the stability of the catalysts, whereas Ni/CeO 2 (111) was rapidly deactivated due to carbon deposits. This study provides insights into the roles of metal–support interactions and O V sites on catalysts for CH 4 dissociation activity, CO 2 activation, and carbon deposit elimination in the DRM process, which can provide valuable guidance for the design of efficient catalysts with high activity and stability in DRM.
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