何素芳/羅永明教授團(tuán)隊(duì)在Advanced Energy Materials發(fā)表乙醇重整制氫領(lǐng)域的新進(jìn)展

近日，昆明理工大學(xué)何素芳/羅永明教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際權(quán)威期刊Advanced Energy Materials（IF₂₀₂₄=24.4）上以題為“Regulating and Stabilizing Strong Metal-Support Interactions on Ni/TiO₂by Crystal Phase for Ultra-Stable Ethanol Reforming”發(fā)表乙醇重整制氫領(lǐng)域最新研究成果。博士研究生朱松山為論文第一作者，何素芳教授（分析測(cè)試研究中心）、陸繼長(zhǎng)副教授（環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院）和羅永明教授（化學(xué)工程學(xué)院）為該文共同通訊作者，昆明理工大學(xué)為第一署名單位和唯一通訊單位。

該研究利用TiO₂晶相工程策略調(diào)變和穩(wěn)定Ni/TiO₂催化劑上的強(qiáng)金屬-載體相互作用（SMSI），成功構(gòu)筑了部分封裝的Ni/r-TiO₂催化劑，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了金屬Ni位點(diǎn)和Ni-TiO₂周邊界面位點(diǎn)的適度暴露，并克服了強(qiáng)金屬-載體相互作用（SMSI）對(duì)高溫富氫條件的結(jié)構(gòu)敏感性，有效抑制了金屬Ni燒結(jié)和積碳，從而在乙醇水蒸氣重整制氫（ESR）反應(yīng)中保持了長(zhǎng)達(dá)420 h的高催化活性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

該研究還揭示了SMSI結(jié)構(gòu)對(duì)ESR反應(yīng)機(jī)制和失活機(jī)理的影響，以及SMSI結(jié)構(gòu)位點(diǎn)與復(fù)雜的ESR反應(yīng)間的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。通過(guò)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，結(jié)合原位DRIFTS-MS、TPSR-MS和DFT計(jì)算等研究證實(shí)，Ni/TiO₂催化劑上的ESR反應(yīng)始于乙醇脫氫為乙醛，隨后通過(guò)乙酰基中間體優(yōu)先氧化為乙酸，而不是分解為CO和CH₄。Ni/r-TiO₂催化劑上弱化的SMSI結(jié)構(gòu)暴露了高活性的Ni-TiO₂表面位點(diǎn)，增強(qiáng)了乙醇吸附活化，降低了基本步驟的反應(yīng)能壘。該研究可為SMSI在其它結(jié)構(gòu)敏感反應(yīng)中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供指導(dǎo)。

 
TiO₂晶相調(diào)變和穩(wěn)定Ni/r-TiO₂催化劑SMSI及其強(qiáng)化ESR反應(yīng)的示意圖

研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（重點(diǎn)、地區(qū)、青年）、云南省基礎(chǔ)研究基金（重點(diǎn)、面上）、云南省重大科技專項(xiàng)等項(xiàng)目以及云南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等平臺(tái)的資助。

全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202402295