全文概要
美国田纳西大学Siris Laursen研究团队 通过密度泛函理论与动力学蒙特卡罗模拟，系统研究了一系列非贵金属过渡金属（TM）与p区元素组成的金属间化合物在甲烷干重整反应中的表面化学行为。研究聚焦于提升CH₄与CO₂活化能力，同时抑制O/OH加氢生成H₂O，以实现理想的H₂/CO产物比例（接近1:1）并减少积碳。研究发现，TM与p区元素间的电负性差异、d-p轨道杂化强度及静态极化效应共同调控催化剂表面反应性。具有较高氧亲和性与适度加氢动力学的IMCs（如Cr₃Ga、Mo₃Ge、Nb₃Ga等）展现出优异的低温（<600°C）DRM性能。
本文要点
表面化学调控：早期过渡金属（如Cr、Mo、Nb）与Ga、Ge等p区元素形成的IMCs具有更强的表面氧亲和力，可有效减缓O/OH加氢生成H₂O，同时促进CO₂直接解离。
选择性优化：通过调控IMC组成与化学计量比（如3:1 TM:p-block），可实现CH₄活化与C/CH氧化之间的动力学平衡，显著提高H₂/CO比例并抑制积碳。
电子起源：d-p轨道杂化程度与电负性差异是决定表面反应性的关键因素；静态极化效应有助于CH₄在低温下活化。
应用前景：该类IMC催化剂不仅适用于低温DRM，也为CH₄、CO₂、N₂等稳定小分子的催化转化提供了新策略。
文献详情
Max K. Mortensen, Jr. and Siris Laursen*. Non-Noble Metal Intermetallic Compound Catalyst Design for Low-Temperature Dry Reforming of Methane: Electronic Origins of Surface Chemistry to Avoid Unselective H₂O Production, ACS Catal. (2025)
DOI: 10.1021/acscatal.5c03674
全文链接
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.5c03674
