全文概要
新加坡国立大学Sibudjing Kawi、加州大学戴维斯分校Bruce C. Gates、清华大学王玉军和澳洲国立大学Zongyou Yin等合作团队报道了一种新型核壳结构催化剂，该催化剂以二氧化硅为载体，镍纳米颗粒为核心，外层包覆纳米级二氧化钛壳层。该设计显著提升了催化剂在低温甲烷分解反应中的活性和稳定性，实现了高效、持续的氢气与碳纳米管联产。
本文要点
1. 结构与性能优势：
核壳结构催化剂（如8Ni–SiO₂@10TiO₂）在550°C、空速24000
mL·g⁻¹·h⁻¹条件下，连续运行6小时仍保持高氢气时空产率（3.6
mol·gNi⁻¹·h⁻¹），而未包覆催化剂在2.5小时内即失活。TiO₂壳层有效抑制了镍颗粒的迁移和流失，促进了CNT的“基底生长”模式，避免了“尖端生长”导致的催化剂破坏。
2. 电子与结构调控：
TiO₂壳层与镍颗粒之间存在强金属-载体相互作用，电子从TiO₂转移至Ni，增强了Ni的电子密度，促进了C–H键的活化。DFT计算进一步证实了TiO₂覆盖层对Ni(111)表面d带中心的调控作用，提升了反应中间体的吸附能力。
3. 光谱与表征支持：
通过原位CO-DRIFTS、XPS、XAS及TEM等多种手段，证实了TiO₂壳层的部分包覆结构保留了Ni表面的可及性，同时有效抑制了碳沉积导致的失活。
4. 应用前景：
该催化剂设计策略不仅适用于TiO₂，还可拓展至Al₂O₃、CeO₂等其他金属氧化物壳层，为低温甲烷制氢及C–H键活化反应提供了新的催化剂设计思路。
文献详情
Qiangqiang
Xue, Shuairen Qian, Kang Hui Lim, et al. Nanoscale Core–Shell Catalysts
for H₂ Production by Methane Decomposition: Supported Nickel
Nanoparticles Ensheathed in Metal Oxides, J. Am. Chem. Soc. (2025)
DOI: 10.1021/jacs.5c10017
全文链接
https://doi.org/10.1021/jacs.5c10017
