封装在空心碳球中的镍纳米颗粒：一种具有前景的费托合成催化剂

《ChemistrySelect》：Nickel Nanoparticles Encapsulated in Hollow Carbon Spheres: A Promising Fischer–Tropsch Catalyst

镍纳米颗粒包覆介孔空心碳球催化剂合成及其费托合成性能研究。通过TEM、PXRD等表征证实Ni@MHCS结构稳定，介孔壳层促进分子扩散和CO2解离，显著提升产物选择性和抗烧结性，为可持续能源转化提供新策略。

　　

摘要

本研究探讨了将镍（Ni）纳米颗粒封装在介孔空心碳球（Ni@MHCS）中的合成方法及其潜在应用，这种催化剂在费托合成（Fischer–Tropsch synthesis, FTS）中表现出良好性能。这种封装策略旨在解决催化过程中常见的问题，如纳米颗粒的烧结和聚集，从而提高催化剂在典型的烃类合成反应条件下的稳定性和性能。研究人员合成了Ni@MHCS材料，并通过多种表征技术验证了其结构和组成的完整性，这些技术包括透射电子显微镜（TEM）、粉末X射线衍射（PXRD）、热重分析（TGA）、布鲁纳-埃梅特-特勒（BET）分析、拉曼光谱（Raman spectroscopy）和傅里叶变换红外光谱（FTIR spectroscopy）。TEM证实了镍纳米颗粒成功封装在空心碳结构中；PXRD确认了晶体镍的存在；TGA提供了关于热稳定性和组成的信息；BET分析测定了比表面积和孔隙率，这些参数对催化活性至关重要；光谱方法（Raman, FTIR）证实了碳球的碳质特性以及模板成功去除的情况。通过费托反应评估了该催化剂的活性和选择性。研究结果表明，Ni@MHCS作为一种合适的催化剂体系，具有将合成气或其他适宜原料转化为多种烃类的潜力，为可持续能源解决方案提供了一种新的途径。

图形摘要

该图形摘要展示了使用Ni@HCS和Ni@MHCS催化剂将合成气（H₂和CO₂）转化为烃类的过程。图像中心是封装在空心碳球中的镍纳米颗粒；MHCS变体的介孔壳层加速了分子向活性位点的扩散。这种受限环境稳定了镍颗粒，防止了其烧结，并促进了CO₂的解离。右侧显示了生成甲烷和C₂-C₄烃类的过程，体现了催化剂的高选择性。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可向相应作者提出合理请求后获取。