南开大学刘丽娜教授团队ACS Catalysis：水滑石衍生NiCo@Al2O3中空球催化剂限域效应...

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图文解析

中空催化剂用于 CRT 反应性能研究

在本工作中，团队率先报道了一种适用于 CRT 反应的中空结构催化剂 (CS@NiCo(CP)) ，相较于传统共沉淀法 (NiCo(CP)) 、水热法 (NiCo (HT)) 及模板牺牲水热法 (CS/NiCo(HT)) 制得的催化剂，模板牺牲共沉淀法制备的 CS@NiCo(CP) 催化剂在 80 h 测试中表现出优异的催化活性和稳定性 ( 图 1) ，这得益于氧空位和限域效应的协同作用。

图 1 (a,b) C ₇ H ₈ 和 CO ₂ 转化率 ; (c) 氧空位浓度与 C ₇ H ₈ 和 CO ₂ 初始转化率的关系 ; (d,e) CO 和 H ₂ 选择性 ; (f) CO ₂ /C ₇ H ₈ 的实时化学计量比 ; (g,h) C ₇ H ₈ 和 CO ₂ 的阿伦尼乌兹图 ; (i) 积碳动力学研究

中空结构：打造 CO ₂ “ 相对 富集区 ”

以碳球为模板合成的 CS@NiCo(CP) 呈现中空球体结构，壳层由 Al ₂ O ₃ 纳米片自组装构成，中空球内部形成独特的限域空间，活性金属以 NiCo 合金的形式高度分散在载体上 ( 图 2) 。分子动力学模拟 ( 图 3d-h) 表明，因甲苯分子具有更大的动力学直径，其扩散系数 (1.06 × e ^-7 m ² /s) 低于 CO ₂ 扩散系数 (1.25 × e ^-7 m ² /s) ，这一显著的扩散速率差异导致在空腔内部 CO ₂ /C ₇ H ₈ 比例远高于进料化学计量比 7:1 ，实现了 CO ₂ 浓度相对于 C ₇ H ₈ 的富集，这能够加速甲苯裂解碳中间体的气化，从而抑制积碳的形成。

图 2 (a) CS@NiCo(CP) 催化剂的制备示意图 ; (b,c) CS@NiCo(CP)-LDO 的 TEM 图像 ; (d) CS@NiCo(CP)-LDO

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