Ni,Pd,Pt负载α-MoC催化水煤气变换反应理论

氢能因清洁高效、可再生等优点,被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。水煤气变换反应是工业上常用的反应,在将CO废气回收利用的同时也是一种重要的制氢手段,具有治理环境和节能减排的双重优点。α-MoC作为一种催化载体,显示出优异的特性。Pd,Ni,Pt基催化剂是水煤气变换反应常用的催化剂。为了进一步了解α-MoC载体在水煤气变换反应中的作用和其负载不同金属时的催化性能,密度泛函理论和动力学蒙特卡洛方法考察了Ni_(4)/α-MoC(111),Pd_(4)/α-MoC(111)和Pt_(4)/α-MoC(111)上的反应机理和活性。研究结果显示,在Ni_(4)/α-MoC(111)和Pd_(4)/α-MoC(111),水煤气变换反应为氧化还原路径:CO直接与H_(2)O分解产生的氧结合,生成CO_(2);在Pt_(4)/α-MoC(111)催化剂上,水煤气变换反应通过羧酸盐路径发生:CO与H_(2)O分解产生的羟基结合,生成羧酸盐中间体,最后分解成CO_(2)。Ni_(4)/α-MoC(111)和Pd_(4)/α-MoC(111)催化剂上水煤气变换反应的能垒较高,因此催化剂活性和H2的转换频率较低。Pt_(4)/α-MoC(111)催化剂上,由于CO的强稳定性导致活性位点被其覆盖,反应活性较低;随着反应温度的升高,CO的脱附能降低,催化活性随之增高。总体来说,标准大气压下,反应温度在400~500 K,H_(2)O与CO的物质的量之比为1时,Pt_(4)/α-MoC(111)催化剂H_(2)的转换频率最高。相比Pt/Al_(2)O_(3)和Pt/TiO_(2)催化剂,Pt/α-MoC是最佳的水煤气变换反应催化剂。