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《自然-催化》華東理工化學工程聯(lián)合國家重點實驗室在甲醇水蒸氣重整制氫領域的最新研究成果

來源:華東理工大學      2022-01-21
導讀:近日,國際權威學術期刊《自然-催化》(Nature Catalysis)以 “Induced activation of commercial Cu/ZnO/Al2O3 catalyst for steam reforming of methanol”為題,在線報道了華東理工大學化工學院化學工程聯(lián)合國家重點實驗室在甲醇水蒸氣重整制氫領域的最新研究成果。

近日,國際權威學術期刊《自然-催化》(Nature Catalysis)以 “Induced activation of commercial Cu/ZnO/Al2O3 catalyst for steam reforming of methanol”為題,在線報道了華東理工大學化工學院化學工程聯(lián)合國家重點實驗室在甲醇水蒸氣重整制氫領域的最新研究成果。

氫能在能源轉型中扮演了重要角色,但經濟、高效、安全的氫氣儲運技術已成為當前制約氫能規(guī)模應用的主要瓶頸之一。甲醇重整現(xiàn)場制氫為氫能的儲運及氫燃料電池的供氫提供了一種方案。諸多催化材料中,銅基催化劑因價格低廉、活性高和一氧化碳選擇性低等優(yōu)點而得到廣泛應用。隨著基礎研究的深入,人們已經意識到決定負載型銅基催化劑活性及穩(wěn)定性的關鍵在于金屬-載體界面(Energy Environ. Sci. 2019, 12: 3473-3495; Nat. Catal. 2019, 2: 955-970)。然而,工業(yè)催化劑結構在制備、活化和反應階段都會存在動態(tài)變化過程,當前催化劑的設計思路主要聚焦于配方或制備方法的優(yōu)化,難以對其表界面結構演變的動態(tài)過程開展主動、定向和精準的調控。

針對這一關鍵問題,研究團隊創(chuàng)新提出工業(yè)催化劑誘導活化(Induced activation)策略,在不改變現(xiàn)有催化劑的前提下,通過優(yōu)化活化工藝條件精準調控催化劑的表界面結構,從而實現(xiàn)其性能的提升?;谝幌盗性?準原位譜學及電子顯微學等表征手段,發(fā)現(xiàn)在商業(yè)銅鋅鋁催化劑氫氣還原(300°C)的過程中,加入一定比例的水/甲醇混合氣,可以誘導載體中的氧化鋅物種向金屬銅顆粒表面遷移。而銅-氧化鋅界面這一關鍵活性位的構筑又與氧化鋅的遷移程度密切相關,且可以通過調節(jié)誘導活化的時間實現(xiàn)界面活性中心數(shù)量的最大化。相比于傳統(tǒng)氫氣活化的催化劑,誘導活化的催化劑活性提高了兩倍,穩(wěn)定性提升了三倍。

該研究工作第一作者為華東理工大學化工學院2017級博士研究生李迪迪、博士后徐放、化學與分子工程學院2017級博士研究生唐璇和戴升教授,通訊作者為華東理工大學青年教師朱明輝特聘教授和徐至教授,共同通訊作者為美國里海大學Israel E. Wachs教授。該研究得到了國家自然科學基金、上海市科委重大專項、上海市青年科技啟明星計劃、上海市揚帆計劃和化學工程聯(lián)合國家重點實驗室開放課題(重點課題)等項目的資助。

原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41929-021-00729-4


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