Insights into the Mechanism of Methanol Steam Reforming for Hydrogen Production over Ni–Cu-Based Catalysts

双金属片 催化作用 蒸汽重整 焦炭 制氢 甲烷 选择性 合金 甲醇 水煤气变换反应 化学 化学工程 微型反应器 分解 材料科学 合成气 无机化学 有机化学 工程类
作者
José L. C. Fajín,M. Natália D. S. Cordeiro
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:12 (1): 512-526 被引量:33
标识
DOI:10.1021/acscatal.1c03997
摘要

The low cost and high selectivity toward CO2 and H2 of Ni–Cu catalysts for the methanol steam reforming (MSR) make them excellent candidates for the production of hydrogen from methanol. Moreover, bimetallic Ni–Cu alloy blocks the production of undesirable methane, CO, and coke. In this work, the full MSR mechanism on Ni–Cu surfaces was studied by density functional theory calculations, a step forward to explain their high activity and selectivity for that reaction. The MSR evolves on Ni–Cu surfaces mostly through the methanol decomposition on the catalytic surface followed by the water–gas shift (WGS) reaction, which converts the CO obtained from methanol decomposition to CO2 and additional H2. Direct CO2 formation from methanol should be a minority route associated with the presence of combed surfaces in the catalysts. Finally and most importantly, the Ni–Cu alloy suppresses the formation of methane and coke while the high desorption barrier for CO species avoids its production. Overall, the information gathered in this work alongside the insights into the MSR reaction mechanism on these surfaces shall aid in the future design of improved Ni–Cu alloy-based catalysts for hydrogen production through methanol.
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