直接甲烷固體氧化物燃料電池（CH4-SOFC）因其天然氣（NG）的主要成分甲烷價(jià)格便宜且廣泛使用且天然氣基礎(chǔ)設(shè)施相對成熟而受到廣泛關(guān)注。然而，在中間溫度（例如600?650°C）下，當(dāng)前的CH4-SOFC在低蒸汽碳比（S/C比）下性能低且耐用性差，這歸因于鎳基陽極催化活性低，易結(jié)焦。
在此，在密度泛函理論（DFT）研究的指導(dǎo)下，堪薩斯州立大學(xué)Chuancheng Duan，Bin Liu開發(fā)了一種高活性和耐結(jié)焦的蒸汽甲烷重整（SMR）催化劑——Sm摻雜CeO2負(fù)載Ni?Ru（SCNR）。
文章要點(diǎn)
1）Ni和Ru之間的協(xié)同作用降低了第一次C?H鍵活化的活化能并促進(jìn)CHx分解。此外，Sm摻雜增加了CeO2中的氧空位濃度，有利于H2O的吸附和解離。因此，SCNR可以同時(shí)激活CH4和H2O分子，同時(shí)氧化CH*并提高焦化耐受性。
2）然后，研究人員應(yīng)用SCNR作為CH4-SOFC陽極催化重整層，在650 °C時(shí)實(shí)現(xiàn)了733 mW cm?2的峰值功率密度，與原始CH4-SOFC(473 mW cm?2)相比提高了55%。此外，在幾乎干燥的甲烷（5%H2O）下進(jìn)行了連續(xù)運(yùn)行>2000小時(shí)的長期耐久性測試。
這些結(jié)果表明，具有SCNR催化層的CH4-SOFC可以高效且具有彈性地將天然氣轉(zhuǎn)化為電能。
參考文獻(xiàn)
Fan Liu, et al, Synergistic Effects of In-Situ Exsolved Ni?Ru Bimetallic Catalyst on High-Performance and Durable Direct-Methane Solid Oxide Fuel Cells, J. Am. Chem. Soc., 2024
DOI: 10.1021/jacs.3c12121
https://doi.org/10.1021/jacs.3c12121
