Исследователи из Даляньского института химической физики и других организаций установили, что никелевые катализаторы претерпевают динамическую перестройку в процессе частичного окисления метана. Работа, опубликованная в Nature Catalysis, опровергает традиционное мнение о том, что активными центрами являются частицы металлического никеля.
Ученые создали катализатор с содержанием никеля 0,8%, который достиг конверсии метана в 92%. Его показатели оказались близки к результатам традиционного катализатора с 8,0% никеля. Это доказывает, что расход металла можно сократить в десять раз без потери эффективности процесса.
Теоретические расчеты с использованием теории функционала плотности показали, что в ходе реакции на поверхности оксида никеля формируется структура [Ni1O4Ni4]. Она снижает энергию активации разрыва связей C-H в метане до 12,5 ккал/моль, тогда как для металлического никеля этот показатель составляет 15,7 ккал/моль.
Результаты подчеркивают необходимость изучения катализаторов в реальных условиях работы, а не только до или после реакции. Концепция динамического формирования активных структур может позволить проектировать более экономичные материалы для химической промышленности, снижая зависимость от высокой концентрации металлов.
