Биметаллические гетерогенные катализаторы на основе никеля для энергетики и охраны окружающей среды

Судипта De, ^и Цзягуан Чжан, ^и Рафаэль Лук ^б и Нин Ян* ^и

Принадлежности автора

* Соответствующие авторы

^и Департамент химической и биомолекулярной инженерии, Национальный университет Сингапура, 4 Engineering Drive 4, Сингапур
Электронная почта: ning. [email protected]

^б Departamento de Quimica Organica, Universidad de Cordoba, Campus de Rabanales, Edificio Marie Curie (C-3), Ctra Nnal IV, Km. 396, Кордова, Испания

Аннотация

Биметаллические катализаторы привлекли большое внимание для широкого спектра применений в производстве энергии и восстановлении окружающей среды благодаря их регулируемым химическим/физическим свойствам. Эти свойства в основном определяются рядом параметров, таких как состав биметаллических систем, способ их получения и их морфоструктура. В связи с этим были предприняты многочисленные усилия по разработке «дизайнерских» биметаллических катализаторов со специфическими наноструктурами и поверхностными свойствами в результате последних достижений в области химии материалов.

В настоящем обзоре представлен подробный обзор разработки биметаллических катализаторов на основе никеля для энергетических и экологических целей. Начиная с точки зрения материаловедения, чтобы получить контролируемую морфологию и свойства поверхности, с акцентом на фундаментальное понимание этих биметаллических систем, чтобы установить корреляцию с их каталитическим поведением, предоставляется подробный отчет об использовании этих систем в каталитических процессах. реакции, связанные с производством энергии и восстановлением окружающей среды. Мы включаем всю библиотеку биметаллических катализаторов на основе никеля как для химических, так и для электрохимических процессов, таких как каталитический риформинг, дегидрирование, гидрирование, электрокатализ и многих других реакций.

Биметаллические сплавы

Металлические электроды подверглись обширным исследованиям на предмет их способности облегчать электрохимическое восстановление CO ₂ . По большей части эти металлы можно разделить на три категории: (1) металлы, которые выделяют только H ₂ , но не CO ₂ восстановление (например, большинство переходных металлов), (2) металлы, образующие двухэлектронные продукты восстановления CO или HCOOH (например, большинство p -блочных металлов), и (3) медь, образующая сильно восстановленные углеводороды . Несмотря на то, что металлы широко изучались на способность к восстановлению CO ₂ , значительно меньше биметаллических сплавов было исследовано с той же целью. Более того, несколько исследований сплавов, о которых сообщалось, предполагают, что нельзя ожидать, что комбинирование двух металлов даст одинаковый CO

2 продукты восстановления, которые два составляющих металла производят сами по себе. Таким образом, одна область исследований в лаборатории Бокарсли включает (1) открытие новых электрокатализаторов на основе биметаллических сплавов, восстанавливающих CO ₂ , и (2) лучшее понимание того, каким образом известные катализаторы на основе сплавов облегчают восстановление CO ₂ .

Одним из примеров текущего проекта по биметаллическим сплавам в рамках группы является исследование тонкопленочных сплавов Ni _a Ga _b в качестве материалов, которые облегчают электрохимический CO ₂ уменьшение. Тонкие пленки Ni _a

Ga _b были синтезированы как на высокоориентированном пиролитическом графите (ВОПГ), так и на подложках из стеклоуглерода, а затем проанализированы методами порошковой рентгенографии, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии (ниже). . Затем материалы были использованы в экспериментах по объемному электролизу, насыщенному CO ₂ , которые показали, что образующиеся продукты восстановления CO ₂ , а также их фарадеевская эффективность коррелируют с идентичностью материала подложки (т. Е. ВОПГ по сравнению со стеклоуглеродом). . Этот результат важен, потому что подложка из пленочного CO 9Восстановление 0044 2 часто рассматривается как невинный наблюдатель (т.