研究发现，在甲烷干法重整反应(DRM)中，Fe部分取代LaNiO₃钙钛矿型催化剂中的Ni，可显著提高催化剂的稳定性和抗焦性。

近日，新加坡国立大学Sibudjing Kawi，美国路易斯安那州立大学James J. Spivey报道了研究了DRM在La_0.9Sr_0.1Ni_0.5Fe_0.5O₃衍生催化剂上的反应机理及其与La_0.9Sr_0.1NiO₃衍生催化剂的差异。

文章要点

1）通过同位素标记的反应物和原位漂移分析，研究人员观察到在La_0.9Sr_0.1NiO₃催化剂上，氧碳酸镧是CO₂活化和甲烷氧化含碳中间体的活性中间体。而碳中间体的氧化仅通过La_0.9Sr_0.1Ni_0.5Fe_0.5O₃中载体晶格氧的MVK型氧化还原机制进行。

2）采用XRD、H₂-TPR、XAS、XPS、O₂-和CO₂-TPD-MS、H₂化学吸附、TGA-DTA和TEM等手段对催化剂进行了表征，并与所提出的反应机理进行了关联。结果表明，La_0.9Sr_0.1NiO₃经H₂还原预处理后几乎完全分解形成Ni/La₂O_3-xSrO，而La_0.9Sr_0.1Ni_0.5Fe_0.5O₃还原后在DRM气氛中仍能部分保留钙钛矿结构。La_0.9Sr_0.1Ni_0.5Fe_0.5O₃催化剂还原后暴露在反应物气体中的详细表征表明，该钙钛矿相在CH₄中可逆地分解为La₂O₃和金属（NiFe），并在CO₂或CH₄/CO₂混合气体中进行了重构。钙钛矿相的循环分解和形成伴随着氧在钙钛矿晶格中的释放和捕获，以及Fe在Fe⁰(NiFe合金)和Fe³⁺/Fe⁴⁺(钙钛矿)状态之间的氧化还原循环。La_0.9Sr_0.1NiO₃在CO₂气氛中形成碳酸镧相，没有观察到钙钛矿相的重构。

3）研究人员认为在DRM条件下形成稳定的La1-xSrxFeO3钙钛矿相是可逆的，同时，由于La_0.9Sr_0.1Ni_0.5Fe_0.5O₃中氧化还原机理占优势以及其高抗焦性，因此具有很高的储氧/释氧能力。

Sonali Das, et al, Effect of Partial Fe Substitution in La_0.9Sr_0.1NiO₃ Perovskite-derived Catalysts on Reaction Mechanism of Methane Dry Reforming, ACS Catal., 2020

DOI: 10.1021/acscatal.0c01229

https://doi.org/10.1021/acscatal.0c01229