近日，安徽理工大學化學工程學院王一雙副教授、陳明強教授團隊在化學類頂尖期刊Applied Catalysis B：Environmental發表了題為“Dry Reforming of Methane for Syngas Production over Attapulgite-Derived MFI Zeolite Encapsulated Bimetallic Ni-Co Catalysts”的論文。
甲烷幹重整可以將甲烷和二氧化碳兩種溫室氣體增值轉化為合成氣，進而通過費托合成轉化為甲醇、長鏈碳氫化合物等優質燃料和平臺化學品，對緩解我國液體燃料緊缺、助力“雙碳”目標具有重大意義。然而，高溫反應體系易導致Ni基催化劑因活性組分燒結、積炭封裝而快速失活。因此，開發具有高活性、高穩定性的催化劑是關鍵挑戰。本研究提出一種凹凸棒石基MFI（ADM）沸石封裝Ni-Co合金（10Ni1Co@ADM-0.1）用於催化甲烷幹重整，實現了甲烷轉化率達71%、二氧化碳轉化率達93%、H2/CO摩爾比高於0.9，且在100h的穩定性測試中沒有明顯失活。
該工作通過一鍋水熱法製備了凹凸棒石基MFI沸石封裝Ni-Co合金結構，系統研究了物理限域耦合合金效應如何穩定催化劑活性位點的同時而不犧牲其活性，從而提高DRM性能。富缺陷Ni-Co合金可通過Ni表面電子富集增強甲烷C-H裂解能力，其缺陷位點與ADM沸石封裝層表面鹼性位點可協同促進CO2分子吸附活化及時移除C*積炭前驅體。另外，ADM沸石可提供物理封裝作用抑制合金結構的遷移、合併、生長，從而實現高效、穩定催化轉化甲烷-二氧化碳製備合成氣。
研究發現，硅基多孔材料的封裝耦合雙金屬協同作用調控策略對維穩金屬位點高效催化活性具有重要影響。在此基礎上，本研究採用凹凸棒石（ATP）天然黏土作硅源經結構重塑製備ADM沸石封裝層抑制活性組分的遷移團聚，此外，利用Ni-Co合金界面進行電子轉移增強Ni金屬位點對甲烷C-H鍵裂解能力。與傳統催化劑調控措施相比，在延長催化劑使用壽命的同時仍能高效催化DRM反應。
以上工作得到了安徽高校研究生科學研究項目基金、安徽省高校自然科學研究項目基金、安徽省科技重大專項項目基金、安徽理工大學博士基金項目等資助。（文/施培松）