Cálculo DFT de la descomposición de CH4. Crédito:QIAO Botao
El reformado en seco de metano (DRM) es el proceso de conversión de metano (CH 4 ) y dióxido de carbono (CO 2 ) en gas de síntesis (gas de síntesis). Dado que CO 2 y CH 4 son los dos gases de efecto invernadero (GEI) atmosféricos más importantes, así como fuentes de carbono abundantes y de bajo costo, La DRM tiene el potencial de mitigar el aumento de las emisiones de GEI y, al mismo tiempo, lograr una utilización más limpia de los combustibles fósiles.
Los catalizadores de Ni son los candidatos más prometedores para DRM debido a su bajo costo y alta actividad inicial. Sin embargo, La desactivación del catalizador in situ causada principalmente por la deposición de carbono (coquización) ha obstaculizado su uso comercial.
Los científicos del Instituto de Física Química de Dalian (DICP) de la Academia de Ciencias de China han desarrollado un catalizador de un solo átomo (SAC) a base de Ni completamente resistente al coque. Sus hallazgos fueron publicados en Comunicaciones de la naturaleza .
Los investigadores desarrollaron por primera vez un Ni SAC compatible con hidroxiapatita (HAP), estudió su rendimiento DRM, y descubrió que tanto el Ni SAC como el nanocatalizador de Ni apoyados por HAP se desactivan rápidamente durante la DRM de alta temperatura.
Sin embargo, La caracterización de las muestras utilizadas reveló que los mecanismos de desactivación eran totalmente diferentes:Desactivación del nanocatalizador originado con el coque, mientras que la desactivación de Ni SAC se derivó de la sinterización de átomos individuales de Ni sin formación de coque. Estos resultados implicaron que se podría obtener Ni SAC altamente estable y resistente al coque si los átomos individuales de Ni se estabilizaran eficazmente tras la reacción.
Luego, los científicos doparon HAP con cerio para estabilizar átomos individuales de Ni a través de una fuerte interacción metal-soporte. El Ni SAC con soporte de HAP-Ce resultante era altamente estable tras la reacción, sin formación de coque.
Otros estudios revelaron que Ni SAC es intrínsecamente resistente al coque. En otras palabras, no se formó nada de coque durante la reacción (en contraste con el coque que se formó y luego se eliminó). La resistencia al coque de Ni SAC se deriva de la capacidad única del catalizador para la activación selectiva del primer enlace C-H en CH 4 .
