【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室碳基資源電催化轉化研究組(523組)在固體氧化物電解器(SOEC)陽極甲烷重整催化劑設計方面取得新進展，通過原位溶出技術構筑金屬/氧化物活性界面，開發出了高效、穩定的電化學重整催化劑，并結合多種原位物理化學表征手段，揭示了SOEC陽極甲烷重整機理。
 

　　SOEC因其電解效率高，穩定性好，模塊化程度高等優勢，被認為是一種具有應用潛力的CO2電解器件。在SOEC陽極以甲烷半氧化重整反應(POM)替代緩慢的析氧反應(OER)，有利于降低CO2電解總能耗。然而，傳統的鈣鈦礦陽極材料甲烷重整活性低、穩定性差，因此設計高活性陽極甲烷重整催化劑具有重要意義。
 

　　該團隊長期致力于基于固體氧化物電解池的高溫電催化研究，前期利用原位溶出和高溫分散法開發出了一系列高活性電化學表界面，用于高溫電極反應。本工作中，團隊通過調控La0.6Sr0.4Ti0.3Fe0.7-xCoxO3-δ陽極鈣鈦礦中B位Co\Fe比例，優化B位過渡金屬溶出能，實現在La0.6Sr0.4Ti0.3Fe0.5Co0.2O3-δ(LSTFC2)鈣鈦礦表面原位溶出生成平均粒徑最小為7nm、顆粒密度最高為1087個μm-2的CoFe合金納米顆粒，為陽極CH4轉化提供了充足活性位點。研究還發現，電驅動產生的溢流氧也可進一步促進甲烷吸附活化、抑制積碳形成，從而提升了陽極催化劑活性和穩定性。800°C下，LSTFC2陽極CH4轉化率可達到86.9%，CO選擇性達到90.1%，連續穩定運行1250 小時無顯著衰減。電化學性能測試表明，陽極引入甲烷半氧化重整反應后，CO生產能耗從傳統SOEC的3.46 kWh/m3降低到0.31 kWh/m3。本工作為C1小分子升級轉化提供了新的研究思路。
 

　　相關研究成果以“In situ exsolved CoFe alloy nanoparticles for stable anodic methane reforming in solid oxide electrolysis cells” 為題發表在《焦耳》(Joule)上。該工作的共同第一作者是502組博士研究生郭宜閣和博士后王碩。上述工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的資助。