郭云鹏 冯 杰 李文英



Ni掺杂对Ni/MgO体系中电荷分配影响

郭云鹏 冯 杰 李文英*

(太原理工大学，山西省煤科学与技术省部共建国家重点实验培育基地，太原 030024)

采用密度泛函理论(DFT)计算方法，研究了载体Ni掺杂对Ni/MgO催化剂的电子结构及其对CH4/CO2重整反应的影响。结果显示，随着载体Ni : Mg比的增加，CH4解离吸附和CH氧化过程的反应能垒均会随之升高，CH也更容易产生热解C，从而导致催化剂的活性和稳定性的下降。通过分析重整过程的Hirshfeld电荷分配，发现金属载体之间电子转移的方向会随着载体中Ni含量的上升由载体向Ni金属转移变为由Ni金属向载体转移。当Ni金属富电子时，反应物活化时电子的转移主要发生在表层Ni原子与吸附物种之间，参与氧化的CH物种为CH2；当Ni金属缺电子时，反应物活化时Ni簇的电子结构基本保持稳定，电子主要在载体表层的Ni原子与反应物之间转移，CH是主要参与氧化的CH物种。

CH4/CO2重整；Ni/MgO；Ni掺杂；电荷分配；DFT

1 引言

Ni基催化剂对CH4/CO2重整反应具有良好的催化活性和选择性，但易因积碳而失活1–4。以MgO为载体制备的Ni/MgO催化剂在CH4/CO2重整反应体现了良好的反应活性和稳定性，具有良好的工业应用前景5–7。

对于CH4/CO2重整反应，研究者普遍认为，碱性载体有助于提高催化剂的稳定性8–11。对于Ni/MgO体系，MgO可以从以下几方面影响催化剂的抗积碳性能：1) 减小Ni颗粒尺寸。高温焙烧形成的NiO与MgO固溶体可以提高NiO的还原温度，从而易于获得具有小Ni颗粒的尺寸和高分散性的催化剂5,12–14。2) 强化CO2吸附。Guo等15在Ni/Al2O3体系中引入MgO后发现CH4/CO2重整反应10 h后催化剂的积碳量明显减少，他们将其归结于MgO增强了CO2的吸附；……