该研究提出了一种Ce修饰且Ni溶出的钙钛矿催化剂0.2Ce-La0.97Ni0.4Cr0.6O3高效稳健的CH₄-CO₂重整,在800°C下CH4和CO2转化率分别达到87.4%和92.9%。此外,该独特催化剂表现出卓越的稳定性,在800小时内保持其优异活性。表征和密度泛函理论DFT研究表明,存在两种Ce物种:表面氧空位适中的CeO₂₋ₓ(Cesurf)和体相晶格Ce(Cebulk)。这些物种在甲烷干重整中发挥特定作用,其中Cesurf促进CO₂吸附并抑制积碳,而Cebulk诱导晶格应变和Ni溶出,是贡献高活性和稳定性的关键因素。

a(111)取向的平板模型 以及偏析能——定义为将Ni和Cr在第一层与第三层之间交换时的能量变化。与CH2*中间体相关的反应在b图R-0Ce催化剂和c图R-0.2Ce催化剂上的自由能分布图。d图R-0Ce和e图R-0.2Ce催化剂表面的态密度及d带中心。f图R-0.2Ce催化剂的差分电荷密度。青色和黄色区域分别表示电子积累和电子耗尽。La、Ce、Cr、Ni和O原子分别用红色、黄色、紫色、绿色和蓝色表示。
文献标题:Ce-induced synergistic effect in exsolved perovskite catalyst for highly efficient and robust methane dry reforming
期刊:Nature Communications
通讯作者:孙志强、孙朝、章日光、Graham J. Hutchings
第一作者:郝晨存
文章链接:https://doi.org/10.1038/s41467-025-65619-w
资助:国家自然科学基金委员会(项目编号:52476144、42441835);英国研究理事会下属工程与物理科学研究理事会(项目编号:EP/W014408/1)