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Erschienen in: Journal of Materials Science 25/2022

06.06.2022 | Energy materials

Methane decomposition to high-quality carbon nanotubes: well-distributed NiCo alloy catalysts derived from layered double hydroxide

verfasst von: Yuwen Li, Fengyun Ding, Linsen Zhou, Kela Xiao, Chao Lv, Peilong Li, Zexuan Zhang, Cun Hu, Yan Shi, Jiangfeng Song, Huaiqiang Zhang, Xin Zhang

Erschienen in: Journal of Materials Science | Ausgabe 25/2022

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Abstract

Methane decomposition is an efficient pathway to obtain high-purity hydrogen and valuable carbon fibers, nanotubes, etc. In this work, a series of NiCo alloy catalysts with different Ni/Co ratios are successfully prepared using NiCoAl ternary layered double hydroxide (LDH) as precursors. By comparison with dual-LDH-derived catalysts and alumina-based catalysts, we found that the reduced catalysts from LDH have the characteristics of uniform particle size and distribution, and in subsequent the methane decomposition reaction over NiCo alloy catalysts show high catalytic activity and selectivity for carbon nanotubes. Furthermore, density functional theory (DFT) method is carried out to elucidate the catalytic decomposition mechanism of methane into hydrogen and carbon over a series of NinCo4−n (n = 0–4). These combined experimental and theoretical studies show that the introduction of Co element benefits the process of C–H dissociation. These combined experimental studies and DFT calculations can provide insights into the development of methane decomposition and other Ni-catalyzed methane reactions.

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19.
Zurück zum Zitat Tian G-L, Zhao M-Q, Zhang B, Zhang Q, Zhang W, Huang J-Q, Chen T-C, Qian W-Z et al (2014) Monodisperse embedded nanoparticles derived from an atomic metal-dispersed precursor of layered double hydroxide for architectured carbon nanotube formation. J Mater Chem A. https://doi.org/10.1039/C3TA14380ECrossRef Tian G-L, Zhao M-Q, Zhang B, Zhang Q, Zhang W, Huang J-Q, Chen T-C, Qian W-Z et al (2014) Monodisperse embedded nanoparticles derived from an atomic metal-dispersed precursor of layered double hydroxide for architectured carbon nanotube formation. J Mater Chem A. https://​doi.​org/​10.​1039/​C3TA14380ECrossRef
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Zurück zum Zitat Zhao Y, Li Z, Li M, Liu J, Liu X, Waterhouse GIN, Wang Y, Zhao J et al (2018) Reductive transformation of layered-double-hydroxide nanosheets to Fe-based heterostructures for efficient visible-light photocatalytic hydrogenation of CO. Adv Mater 30:1803127. https://doi.org/10.1002/adma.201803127CrossRef Zhao Y, Li Z, Li M, Liu J, Liu X, Waterhouse GIN, Wang Y, Zhao J et al (2018) Reductive transformation of layered-double-hydroxide nanosheets to Fe-based heterostructures for efficient visible-light photocatalytic hydrogenation of CO. Adv Mater 30:1803127. https://​doi.​org/​10.​1002/​adma.​201803127CrossRef
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Zurück zum Zitat Saelee T, Lerdpongsiripaisarn M, Rittiruam M, Somdee S, Liu A, Praserthdam S, Praserthdam P (2021) Experimental and computational investigation on underlying factors promoting high coke resistance in NiCo bimetallic catalysts during dry reforming of methane. Sci Rep 11:519. https://doi.org/10.1038/s41598-020-80287-0CrossRef Saelee T, Lerdpongsiripaisarn M, Rittiruam M, Somdee S, Liu A, Praserthdam S, Praserthdam P (2021) Experimental and computational investigation on underlying factors promoting high coke resistance in NiCo bimetallic catalysts during dry reforming of methane. Sci Rep 11:519. https://​doi.​org/​10.​1038/​s41598-020-80287-0CrossRef
Metadaten
Titel
Methane decomposition to high-quality carbon nanotubes: well-distributed NiCo alloy catalysts derived from layered double hydroxide
verfasst von
Yuwen Li
Fengyun Ding
Linsen Zhou
Kela Xiao
Chao Lv
Peilong Li
Zexuan Zhang
Cun Hu
Yan Shi
Jiangfeng Song
Huaiqiang Zhang
Xin Zhang
Publikationsdatum
06.06.2022
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science / Ausgabe 25/2022
Print ISSN: 0022-2461
Elektronische ISSN: 1573-4803
DOI
https://doi.org/10.1007/s10853-022-07339-w

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