甲烷干重整(drm)是将甲烷(ch4)和二氧化碳(co2)这两种温室气体转化为合成气的过程。以纳米粒子为主要形式的金属镍(ni)由于具有较高的c-h活化能力和较低的成本而被广泛用于催化drm。在反应过程中，通常需要高温(>600 °c)以促进高吸热反应(δh298k=247 kj mol-1)，但ni的低tammann温度(581 °c)会导致其在drm操作温度下烧结；此外，金属ni纳米颗粒在活性位点之间显示出紧密的接近性，催化剂上会发生连续的c-h键断裂和随后的c-c偶联，导致严重的焦炭形成，从而降低催化剂的寿命，这限制了ni催化drm的发展。
最近的研究表明，虽然阳离子ni与ch4的结合能比金属ni低，但它仍能有效地促进ch4的c-h键断裂(这是drm过程中的一个关键步骤)。基于此，阿卜杜拉国王科技大学韩宇和jorge gascon等报道了一种配体保护的水热合成法，它能够使ni在mfi沸石骨架中以0.9 wt%的负载量分散，且所获得的催化剂(ni-mfi-ht)主要含有阳离子ni，只有少量的金属ni存在。
为了比较，研究人员采用后合成法制备了两种ni负载相同的mfi(即硅沸石-1)负载ni催化剂。与ni-mfi-ht相比，所得催化剂的金属ni含量显著提高，分别为66.6% 和97.6%。通过对这三种催化剂性能的比较分析，研究人员得以考察阳离子ni和金属ni在drm反应中各自的催化作用。
具体而言，在三种催化剂中，ni-mfi-ht的表观催化活性最高，抗积炭能力最强。在600 °c和空速(ghsv)为62l gcat-1 h-1(co2/ch4/n2=1:1:8；1 bar)的条件下，ch4和co2转化率分别为62.2%和70.6%，结焦率为5.4×10.6 molc gcat-1 h-1；并且，在高ghsv (124 l gcat-1 h-1)或高压(16 bar)条件下进行的长期实验证实了ni-mfi-ht的优异稳定性。
研究人员将ni-mfi-ht的优异性能归因于沸石骨架内原子分散的ni阳离子位点的存在，其极化了周围的o原子，导致形成丰富的金属-氧对(niδ+-o(2-ξ)这些金属-氧对具有断裂ch4的c-h键的能力，并且它们的完全暴露导致高比活性。此外，研究人员通过实验证明，在阳离子ni位点上，由ch4产生的chx*倾向于遵循氧化途径，形成co*和h*物种，而不是经历产生c*的连续的c-h键断裂，这一发现为ni-mfi-ht具有优异的抗结焦性能提供了理论依据。
highly efficient and stable methane dry reforming enabled by a single-site cationic ni catalyst. journal of the american chemical society, 2023. doi: 10.1021/jacs.3c04581
化研所JACS 调整催化剂结构，实现CO2RR中C2 和CH4产物的转换
通过电化学co还原反应 corr 生产有价值的化学品和燃料是缓解全球变暖压力和不可再生碳资源短缺的有效途径。在corr产物中，通过多电子 质子偶联步骤生成的深度还原产物仅以碳氢化合物和含氧化合物的形式存在，如甲烷 ch 乙烯 ch 乙醇 choh 等。多电子 质子竞争耦合步骤和缓慢的反应动力学往往导...
JACS 富勒烯片段重构，实现高选择性 稳定电催化ORR
富勒烯转化是构建富含缺陷的碳电催化剂的有力途径，但决定缺陷状态的碳键断裂和重整仍然知之甚少。基于此，近日，华中科技大学卢兴教授和郭昆讲师等人报道了一种反直觉的硬模板策略，实现了空间调整富勒烯重组，合成富含缺陷的碳电催化剂。通过改变硬模板合成中两种处理 加热和蚀刻 的顺序，使得重组后的富勒烯保留丰富的...
ACS Catalysis 构建双功能催化剂，实现NH3氧化和N2O分解串联
nh选择性催化氧化 nh sco 为n的是处理柴油机排气的一个重要反应。通常具有高nh sco活性，但在高温下不可避免地发生no释放。n no和no的选择性主要取决于表面氧覆盖度和反应温度。由于表面活性氧浓度的降低抑制了nh的氧化，nox和nox物种的吸附提高了n的选择性。同时，无序的表面o原子可以...