Metastable nickel–oxygen species modulate rate oscillations during dry reforming of methane

催化作用 甲烷 亚稳态 非阻塞I/O 氧气 二氧化碳重整 化学工程 化学 吸附 化学物理 材料科学 合成气 物理化学 有机化学 工程类
作者
Luis Sandoval-Diaz,Daniel Cruz,Maurits Vuijk,Gianmarco Ducci,Michael Hävecker,Wulyu Jiang,Milivoj Plodinec,Adnan Hammud,Danail Ivanov,Thomas Götsch,Karsten Reuter,Robert Schlögl,Christoph Scheurer,Axel Knop‐Gericke,Thomas Lunkenbein
出处
期刊:Nature Catalysis [Springer Nature]
卷期号:7 (2): 161-171 被引量:12
标识
DOI:10.1038/s41929-023-01090-4
摘要

Abstract When a heterogeneous catalyst is active, it forms metastable structures that constantly transform into each other. These structures contribute differently to the catalytic function. Here we show the role of different metastable oxygen species on a Ni catalyst during dry reforming of methane by combining environmental scanning electron microscopy, near ambient pressure X-ray photoelectron spectroscopy, on-line product detection and computer vision. We highlight the critical role of dissociative CO 2 adsorption in regulating the oxygen content of the catalyst and in CH 4 activation. We also discover rate oscillations during dry reforming of methane resulting from the sequential transformation of metastable oxygen species that exhibit different catalytic properties: atomic surface oxygen, subsurface oxygen and bulk NiO x . The imaging approach allowed the localization of fluctuating surface regions that correlated directly with catalytic activity. The study highlights the importance of metastability and operando analytics in catalysis science and provides impetus towards the design of catalytic systems.
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