Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2025, 16 (1), 30–43
Design of highly active NixCo1-xAl2O4 (x = 0.1 – 0.5) catalysts for the dry reforming of methane reaction
Alexey A. Shutilov – Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk, Russia; alshut@catalysis.ru
Mikhail N. Simonov – Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk; Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia; smike@catalysis.ru
Valeria E. Fedorova – Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk, Russia; valeria@catalysis.ru
Alexander S. Marchuk – Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia; alexander.s.marchuk@gmail.com
Igor P. Prosvirin – Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk, Russia; prosvirin@catalysis.ru
Galina A. Zenkovets – Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk, Russia; zenk@catalysis.ru
Corresponding author: Alexey A. Shutilov, alshut@catalysis.ru
DOI 10.17586/2220-8054-2025-16-1-30-43
ABSTRACT On the first step using co-precipitation method from Ni-, Co-, Al-containing solution a precipitates with a general composition of NixCo1-xAl2O4 (x = 0.1 – 0.5) were prepared. Calcination the obtained precipitates at 700 °C in air makes the precursors of catalysts for DRM with a stable spinel-like framework in which nickel and cobalt species are homogeneously incorporated. Reduction of the precursors at 700 °C in H2 and further work under reaction medium leads to formation of the active phase which represents by the ensembles of Ni–Co alloy nanoparticles located on the surface of nanostructured spinel. The effect of the catalysts composition on catalytic properties in DRM was investigated. The high and stable catalytic activity of representative samples in DRM conditions with extremely short contact time (τ = 30 ms) due to the formation of 17 – 18 wt. % active phase which represents highly dispersed (3 – 4 nm) Ni–Co alloy nanoparticles stabilized on the spinel with nanocristalline structure.
KEYWORDS sustainable environment, CH4 and CO2 utilization, dry reforming of methane (DRM), Ni–Co nanoalloy, spinel-based catalysts
ACKNOWLEDGEMENTS The authors express their gratitude to Ph.D. Olga A. Stonkus for studying catalysts using the TEM method and Ph.D. Vladimir A. Rogov for studying catalysts using the TPR-H2 method. The study was funded by Russian Science Foundation according to the research project No. 23-23-10054, https://rscf.ru/project/23-23-10054/, and by the Government of Novosibirsk region contract 0000005406995998235120802/No. p-72.
FOR CITATION Shutilov A.A., Simonov M.N., Fedorova V.E., Marchuk A.S., Prosvirin I.P., Zenkovets G.A. Design of highly active NixCo1-xAl2O4 (x = 0.1 – 0.5) catalysts for the dry reforming of methane reaction.
Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2025, 16 (1), 30–43.
[In Russian] А.А. Шутилов, М.Н. Симонов, В.Е. Федорова, А.С. Марчук, И.П. Просвирин, Г.А. Зенковец
Новые перспективные подходы к разработке высокоактивных и коксоустойчивых катализаторов на основе Ni-Co наносплава на шпинельной структуре и их исследование в реакции углекислотной конверсии метана
УДК 544.01, 544.22, 546.74
АННОТАЦИЯ На первом этапе методом соосаждения из раствора солей, содержащего Ni-, Co-, Al-, были получены осадки расчетного состава
NixCo1-xAl2O4 (x = 0.1 – 0.5). Прокаливание полученных осадков при 700 °С на воздухе приводит к формированию предшественников катализаторов реакции углекислотной конверсии метана (УКМ) с устойчивым шпинелеподобным каркасом, в котором однородно распределены частицы никеля и кобальта. Восстановление предшественников катализаторов при 700 °С в Н2 и дальнейшая работа в реакционной среде приводит к образованию активной фазы, которая представляет собой ансамбли наночастиц сплава Ni-Co, расположенных на поверхности наноструктурированной шпинели. Исследовано влияние состава катализаторов на каталитические свойства в реакции УКМ. Установлена высокая и стабильная каталитическая активность представительных образцов в условиях реакции при предельно коротком времени контакта (τ=30 мс) за счет образования 17-18 мас. % активной фазы, представляющей собой высокодисперсные (3-4 нм) наночастицы сплава Ni-Co, стабилизированные на шпинели с нанокристаллической структурой.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА устойчивая окружающая среда, утилизация CH4 и CO2, углекислотная конверсия метана (УКМ), наносплав Ni-Co, катализаторы на основе шпинели
