第一作者：Zheyuan Ding, Sai Chen

通訊作者：鞏金龍

通訊單位：天津大學

甲烷部分氧化（POM）是一種很有前途的合成氣合成技術，但它在催化劑表面面臨嚴重的過氧化。本論文研究了一種原子級分散的MoNi合金催化劑，用于甲烷的部分氧化反應（POM），對于合成合成氣具有廣闊的前景。

研究發現，通過調節原子級分散MoNi合金中的氧（O*）吸附位點，可以在800 °C下實現超過95%的甲烷轉化率和97%的合成氣選擇性。通過結合原位/非原位表征、動力學分析和密度泛函理論（DFT）計算，揭示了Mo-Ni雙位點在MoNi合金中降低O₂對Ni位點的毒化作用，并保持了對甲烷部分氧化途徑的活化作用，該途徑遵循燃燒重整反應（CRR）機制。這些結果強調了通過設計具有可調O*吸附的原子級分散合金來實現甲烷轉化的有效性。

圖文導讀

圖1：原子級分辨的高角環形暗場掃描透射電子顯微鏡（AC-HAADF-STEM）圖像，展示了Ni、原子級分散的MoNi合金和5Ni1Mo合金的形態特征。

圖2：Ni K邊X射線吸收近邊結構（XANES）光譜，反映了Ni和MoNi合金之間的電子結構變化。

圖3：不同催化劑的催化性能，包括甲烷轉化率和合成氣選擇性，以及AD MoNi合金/SBA-15催化劑的長期穩定性測試結果。

圖4：程序升溫表面反應（TPSR）實驗，展示了AD MoNi合金/SBA-15催化劑的POM機制。

圖5：CH₄-TPSR實驗結果，反應順序分析，以及AD MoNi合金的相位圖和可能的結構。

總結展望

本研究成功合成了原子級分散的MoNi合金催化劑，并通過精細調控O*吸附強度，實現了高效的甲烷部分氧化反應。該催化劑表現出了卓越的活性和選擇性，在800 °C下達到了超過95%的甲烷轉化率和97%以上的合成氣選擇性。

本研究不僅為理解合金催化劑中甲烷轉化的機制提供了深入見解，而且為輕質烷烴的選擇性氧化和升級改造提供了有希望的前景，為異質催化領域的發展開辟了新道路。

文獻信息

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

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-49038-x