Calcolo DFT della decomposizione CH4. Attestazione:QIAO Botao
Il dry reforming del metano (DRM) è il processo di conversione del metano (CH 4 ) e anidride carbonica (CO 2 ) in gas di sintesi (syngas). Dal momento che CO 2 e CH 4 sono i due più importanti gas serra atmosferici (GHG), così come fonti di carbonio abbondanti e a basso costo, Il DRM ha il potenziale per mitigare l'aumento delle emissioni di gas serra e allo stesso tempo realizzare un utilizzo più pulito dei combustibili fossili.
I catalizzatori al Ni sono i candidati più promettenti per il DRM a causa del loro basso costo e dell'elevata attività iniziale. Però, la disattivazione in situ del catalizzatore causata principalmente dalla deposizione di carbonio (coking) ha ostacolato il loro uso commerciale.
Gli scienziati del Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) dell'Accademia cinese delle scienze hanno ora sviluppato un catalizzatore a singolo atomo a base di Ni completamente resistente al coke (SAC). I loro risultati sono stati pubblicati in Comunicazioni sulla natura .
I ricercatori hanno prima sviluppato un Ni SAC supportato da idrossiapatite (HAP), studiato le sue prestazioni DRM, e hanno scoperto che sia il Ni SAC supportato da HAP che il nanocatalizzatore Ni si disattivavano rapidamente durante il DRM ad alta temperatura.
Però, la caratterizzazione dei campioni utilizzati ha rivelato che i meccanismi di disattivazione erano totalmente diversi:la disattivazione del nanocatalizzatore ha avuto origine con il coke, mentre la disattivazione di Ni SAC derivava dalla sinterizzazione di singoli atomi di Ni senza formazione di coke. Questi risultati implicavano che si sarebbe potuto ottenere Ni SAC altamente stabile e resistente al coke se singoli atomi di Ni fossero efficacemente stabilizzati durante la reazione.
Gli scienziati hanno quindi drogato HAP con cerio per stabilizzare i singoli atomi di Ni attraverso una forte interazione metallo-supporto. Il risultante Ni SAC supportato da HAP-Ce era altamente stabile alla reazione, senza formazione di coke.
Ulteriori studi hanno rivelato che il Ni SAC è intrinsecamente resistente al coke. In altre parole, durante la reazione non si è formato affatto coke (in contrasto con il coke che si formava e poi veniva rimosso). La resistenza al coke del Ni SAC deriva dalla capacità unica del catalizzatore di attivare selettivamente il primo legame C-H in CH 4 .
