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第一作者：廖明正
通讯作者：王超 教授（广东工业大学）
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.154646
乙醇蒸汽重整（ESR）是生产氢气的重要途径，但在高温重整过程中易形成副产物和催化剂表面焦炭沉积，阻碍了催化稳定性。焦炭是一种重要的化工原料，其在化工生产中多以积碳形式存在，响应国家“碳中和”政策，对焦炭的进一步利用进行研究。多金属催化剂是一种很有前途的候选催化剂，具有可调节的催化性能，但其在乙醇重整过程的催化机理研究较少。本文作者研究开发一种高效、稳定的多功能催化剂，研究了多金属组分在乙醇蒸气重整中的协同效应机理。广东工业大学王超教授及其团队采用共沉淀法制备了一种具有多功能纳米棒NiCoMnCeCaOx多金属催化剂。在ESR反应初期，NiCoMnCeCaOx的表面发生了表面重构，NiCo纳米合金自组装在催化剂表面形成了类金刚石结构的NiCo/NiCoMnCeCaOx。该催化剂在600℃下表现出优异的抗焦炭性能，稳定性测试显示其氢气产率在1100分钟内保持较高稳定，产氢速率稳定在120.5 μmol/s左右，乙醇转化率高达99.92%。研究发现，反应初始阶段乙醇通过亲核反应被晶格氧从NiCoMnCeCaOx表面的氧化态活化，脱水后深度脱氢产生H2和CO2。20min后进入ESR的稳定阶段，焦炭沉积物通过晶格氧气化成COx，产生的CO2被CaO碳酸化原位捕获，同时催化剂表面形成氧空位，氧空位再通过吸附H2O促进氧迁移。含炭产物的转化和固定使得大量CO生成和CO2被捕获，促进WGS反应平衡，有助于提高H2产率。复合催化剂中，NiO和MnCo2O4相提供活性金属物质，CeO2提供丰富的氧晶格，CaO提供了有利于H2O分子解离的碱性环境，NiCoMnCeCaOx的纳米棒结构提供了丰富的微米级孔道，有助于容纳更多的焦炭，促进焦炭气化。过渡金属（Ni，Co）作为C-C和C-H键裂解的活性组分，氧载体物种（Mn，Ce）用于提高氧释放能力和晶格氧迁移率，碱金属（Ca）用于提高H2O吸收和CO2捕集。多金属组分的协同效应和NiCoMnCeCaOx的特定形态结构有助于突出的碳耐受性能。乙醇蒸气在较高温度下与NiCo纳米合金颗粒接触时，开始分解为碳原子和氢原子，然后碳原子溶解到金属中，直到饱和，然后碳析出并结晶为空心管。通过ESR反应形成的碳纳米管（CNT）具有较高的电导率（12.79 S/cm），表明催化剂在高温下仍能保持活性。与其他已报道的纳米管的导电性能相比，所生成的碳纳米管有优异的电化学性能，本文的工作为乙醇重整制氢联产碳材料的多功能制氢催化剂的设计提供了一定的参考。科学温故QQ群—科研爱好者集中地！（不定期发布讲座通知，分享录制视频）微信群（学术交流/电催化/光催化/理论计算/资源共享/文献互助群；C1化学/生物质/单原子/多孔材料分舵），小编微信：hao-xinghua或alicezhaovip，备注“姓名-单位”。
