Der dringende Bedarf an wirksamen Strategien zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen hat dazu geführt, dass der Schwerpunkt verstärkt auf der Umwandlung von CO2 und Methan (CH4) in nützliche Chemikalien wie Synthesegas liegt.
Die trockene Reformierung von Methan (DRM) ist ein vielversprechender Ansatz für diese Umwandlung. Die Effizienz dieses Prozesses hängt jedoch stark vom verwendeten Katalysator ab. Katalysatoren auf Nickelbasis sind aufgrund ihrer vergleichbaren Aktivität mit Edelmetallen und ihrer Wirtschaftlichkeit von besonderem Interesse.
Es ist bekannt, dass die Größe der aktiven Metallpartikel in diesen Katalysatoren deren Leistung beeinflusst, die genauen Mechanismen hinter dieser Größenabhängigkeit waren jedoch schwer zu erfassen.
Eine Forschungsgruppe um Juntian Niu von der Technischen Universität Taiyuan untersuchte den Einfluss der Metallpartikelgröße auf die CO2-Aktivierung und CO-Bildung innerhalb der DRM-Reaktion.
In ihrer Studie veröffentlicht im Journal Grenzen der Energiekonstruieren sie Nix/MgO-Modelle (x = 13, 25, 37), um die Aktivierungswege zu untersuchen und herauszufinden, wie die Partikelgröße die Effizienz der DRM-Reaktion und die Widerstandsfähigkeit des Katalysators gegen Kohlenstoffbildung erheblich beeinflusst.
Die Ergebnisse zeigen, dass CO2 vor der Aktivierung eher einer Chemisorption an Nix/MgO unterliegt. Mit der Partikelgröße variiert auch der primäre Aktivierungsweg von CO2.
Besonders das kleinste Ni13/MgO begünstigt die direkte Dissoziation, während größere Partikel, Ni25/MgO und Ni37/MgO, eher zur Hydrierungsdissoziation neigen. Die Oxidation von Oberflächenkohlenstoffatomen und CH wird auf Ni25/MgO leichter ermöglicht, was auf eine höhere Beständigkeit gegen Kohlenstoffbildung im Vergleich zu anderen untersuchten Partikelgrößen hindeutet.
Die theoretischen Erkenntnisse dieser Studie sind von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung hocheffizienter Katalysatoren auf Ni-Basis für die DRM-Reaktion. Durch das Verständnis der Rolle der Ni-Partikelgröße können Forscher möglicherweise die Leistung und Stabilität des Katalysators verbessern und so zu einer effektiveren Nutzung von Treibhausgasen und einer saubereren Energieerzeugung beitragen.
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Juntian Niu et al., Einfluss der Ni-Partikelgröße auf die CO2-Aktivierung und CO-Bildung während des Reformierungsprozesses: Eine Studie der Dichtefunktionaltheorie, Grenzen der Energie (2024). DOI: 10.1007/s11708-024-0952-6
Zur Verfügung gestellt von Frontiers Journals