天津大学巩金龙团队，最新Nature子刊！

第一作者：Zheyuan Ding, Sai Chen

通讯作者：巩金龙

通讯单位：天津大学

甲烷部分氧化（POM）是一种很有前途的合成气合成技术，但它在催化剂表面面临严重的过氧化。本论文研究了一种原子级分散的MoNi合金催化剂，用于甲烷的部分氧化反应（POM），对于合成合成气具有广阔的前景。

研究发现，通过调节原子级分散MoNi合金中的氧（O*）吸附位点，可以在800 °C下实现超过95%的甲烷转化率和97%的合成气选择性。通过结合原位/非原位表征、动力学分析和密度泛函理论（DFT）计算，揭示了Mo-Ni双位点在MoNi合金中降低O₂对Ni位点的毒化作用，并保持了对甲烷部分氧化途径的活化作用，该途径遵循燃烧重整反应（CRR）机制。这些结果强调了通过设计具有可调O*吸附的原子级分散合金来实现甲烷转化的有效性。

图文导读

图1：原子级分辨的高角环形暗场扫描透射电子显微镜（AC-HAADF-STEM）图像，展示了Ni、原子级分散的MoNi合金和5Ni1Mo合金的形态特征。

图2：Ni K边X射线吸收近边结构（XANES）光谱，反映了Ni和MoNi合金之间的电子结构变化。

图3：不同催化剂的催化性能，包括甲烷转化率和合成气选择性，以及AD MoNi合金/SBA-15催化剂的长期稳定性测试结果。

图4：程序升温表面反应（TPSR）实验，展示了AD MoNi合金/SBA-15催化剂的POM机制。

图5：CH₄-TPSR实验结果，反应顺序分析，以及AD MoNi合金的相位图和可能的结构。

总结展望

本研究成功合成了原子级分散的MoNi合金催化剂，并通过精细调控O*吸附强度，实现了高效的甲烷部分氧化反应。该催化剂表现出了卓越的活性和选择性，在800 °C下达到了超过95%的甲烷转化率和97%以上的合成气选择性。

本研究不仅为理解合金催化剂中甲烷转化的机制提供了深入见解，而且为轻质烷烃的选择性氧化和升级改造提供了有希望的前景，为异质催化领域的发展开辟了新道路。

文献信息

标题：Atomically dispersed MoNi alloy catalyst for partial oxidation of methane

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-49038-x