Shape-shifting nanoparticles on a perovskite oxide for highly stable and active heterogeneous catalysis

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作者
Yo Han Kim,Youngho Kang,Seungyeon Jo,Hyeongwon Jeong,Dragos Neagu,Jae‐ha Myung
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:441: 136025-136025 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.136025
摘要

• A titanate-based perovskite oxide was designed to achieve and control exsolution. • Controlled exsolution induces shape-shifting of Ni, stabilizing surface/interface. • Shape-shifted Ni catalyst exhibited high CH 4 conversion activity above 94%@800 °C. • The performance retained ∼ 98% of the initial activity after 390 h. • Shape-shifting enhances durability of catalyst by tuning coking behavior. Controlling the geometric shape of nano-catalysts plays a key role in maximizing unique properties of the materials. Although shape control of nanoparticles is well known by various preparation methods, still there is no clear case for exsolution. Here we show that the shape of embedded Ni nanoparticles can be changed on exsolution process, by controlling reduction temperature and time. To elucidate and generalize the shape-shifting, we develop a model which describes the equilibrium shape of nanoparticles on support thermodynamically. Our results suggest that there is a thermodynamic driving force for the exsolved nanoparticle to be stabilized into faceted shape with low surface/interface energy, during the particle growth. Through catalytic activity testing, the improved durability of shape-shifted Ni catalysts is confirmed on dry-reforming condition over 390 h, resulting from enhanced interface stability and cocking resistance. This provides theoretical and experimental framework for the shape control of exsolved particle on oxide support, but also for the design of unique catalyst with high stability and reactivity.

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