Dry reforming of methaan (DRM) is het proces van het omzetten van methaan (CH ₄ ) en kooldioxide (CO ₂ ) in synthesegas (syngas). sinds CO ₂ en CH ₄ zijn de twee belangrijkste broeikasgassen in de atmosfeer (BKG's), evenals overvloedige en goedkope koolstofbronnen, DRM heeft het potentieel om de stijgende uitstoot van broeikasgassen te verminderen en tegelijkertijd het gebruik van schone(re) fossiele brandstoffen te realiseren.

Ni-katalysatoren zijn de meest veelbelovende kandidaten voor DRM vanwege hun lage kosten en hoge initiële activiteit. Echter, in situ deactivering van de katalysator, voornamelijk veroorzaakt door koolstofafzetting (verkooksing), heeft het commerciële gebruik ervan belemmerd.

Wetenschappers van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen hebben nu een volledig cokes-resistente op Ni gebaseerde single-atom katalysator (SAC) ontwikkeld. Hun bevindingen werden gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

De onderzoekers ontwikkelden eerst een hydroxyapatiet-(HAP) ondersteund Ni SAC, bestudeerde de DRM-prestaties, en ontdekte dat zowel door HAP ondersteunde Ni SAC als Ni nanokatalysator snel gedeactiveerd tijdens DRM bij hoge temperatuur.

Echter, karakterisering van de gebruikte monsters bracht aan het licht dat de deactiveringsmechanismen totaal verschillend waren:de deactivering van de nanokatalysator vond zijn oorsprong in de cokes, terwijl deactivering van Ni SAC voortkwam uit het sinteren van enkele Ni-atomen zonder enige cokesvorming. Deze resultaten impliceerden dat zeer stabiel en cokes-resistent Ni SAC zou kunnen worden verkregen als enkele Ni-atomen effectief zouden worden gestabiliseerd bij reactie.

De wetenschappers doopten HAP vervolgens met cerium om Ni-enkele atomen te stabiliseren door sterke metaal-ondersteuningsinteractie. De resulterende HAP-Ce-ondersteunde Ni SAC was zeer stabiel bij reactie, zonder enige cokesvorming.

Verdere studies toonden aan dat Ni SAC intrinsiek cokes-resistent is. Met andere woorden, tijdens de reactie werd in het geheel geen cokes gevormd (in tegenstelling tot de vorming van cokes die vervolgens werd verwijderd). De cokesweerstand van Ni SAC komt voort uit het unieke vermogen van de katalysator voor selectieve activering van de eerste C-H-binding in CH ₄ .