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为解决传统制氢问题，研究人员开展钇改性 Co-Ni 催化剂用于乙醇蒸汽重整（ESR）研究，提升了催化性能，意义重大。
乙醇蒸汽重整制氢研究：钇改性 Co-Ni 催化剂的突破
在当今能源领域，氢气（H2）作为一种理想的能源载体和燃料电池的 promising 燃料，备受瞩目。目前，全球氢气生产主要依赖甲烷蒸汽重整（SRM），然而，该方法存在诸多弊端，不仅需要高温（800 - 1000°C），而且甲烷属于不可再生资源。相较之下，利用可再生醇类通过催化蒸汽重整反应制氢成为了研究热点。其中，乙醇蒸汽重整（ESR，C2H5OH+3H2O→2CO2+6H2ΔH298K=+64kJ/mol）因乙醇具有产氢量大、毒性低、可由生物质可持续生产等优势，吸引了众多科研人员的目光。
在 ESR 反应中，催化剂的性能至关重要。此前研究发现，Ni 和 Co 在 ESR 反应中表现出较高的活性和选择性，而将它们负载在介孔碳等多孔基质上，可有效分散金属粒子、抑制其团聚。同时，添加金属离子作为促进剂，能进一步优化催化剂性能。钇（Y）因其独特的性质，成为提升催化性能的潜在选择。但以往研究在 Y 改性催化剂的优化方面仍存在不足，缺乏系统研究。
在此背景下，伊朗塞姆南大学（Semnan University）的研究人员开展了一项深入研究。他们旨在开发一种高效的介孔碳负载 Ni 和 Co 的催化剂，并系统探究不同 Y 浓度和煅烧温度对 Co-Ni/OMC 催化剂结构和催化性能的影响，以实现 ESR 反应在较低温度下的高乙醇转化率和氢气产率。该研究成果发表在《Heliyon》杂志上。
为开展此项研究，研究人员运用了多种关键技术方法。通过 XRD（X 射线衍射）技术，分析新鲜和使用后催化剂的结晶相；利用N2吸附 - 脱附分析研究催化剂的织构性质；借助 FESEM（场发射扫描电子显微镜）和 TEM（透射电子显微镜）观察催化剂的表面形貌和纳米颗粒分布；采用H2-TPR（氢气程序升温还原）评估催化剂的还原性能；运用 TG - DTA（热重 - 差热分析）分析沉积碳的含量和特性。此外，在固定床石英管式反应器中对催化剂的催化性能进行测试。
研究结果如下：
- 新鲜催化剂的表征
- XRD 分析：结果表明，添加 Y 和适当的煅烧温度可减小粒子的平均晶粒尺寸，提高其在介孔碳（OMC）结构中的分散性。例如，添加 2 wt% Y 并在 300°C 煅烧时，粒子的平均晶粒尺寸减小至 7.45 nm，分散性提高到 13.02%。
- 物理性质分析：BET（Brunauer - Emmett - Teller）和 BJH（Barrett - Joyner - Halenda）分析显示，随着 Y 含量增加，催化剂的比表面积（SBET）、平均孔径（Dp）和总孔体积（Vp）发生变化。添加 2 wt% Y 时，SBET从229m2/g显著增加到296m2/g ，Dp和Vp减小。
- 形貌分析：FESEM 和 TEM 图像显示，2Y/Co - Ni - OMC 催化剂的粒子分散良好，平均粒径较小。Y 的加入使粒子平均粒径减小，有助于提高分散性。
- 还原性能分析：H2-TPR 分析表明，促进剂 Y 的加入使 Ni 和 Co 的氧化物在较低温度下还原为金属位点。
- 催化性能
- 温度的影响：在不同温度下对 Co - Ni - OMC 和 2Y/Co - Ni - OMC 催化剂进行 ESR 反应测试。结果显示，添加 Y 可降低乙醇转化温度，2Y/Co - Ni - OMC 催化剂的乙醇转化率和氢气产率明显高于未促进的催化剂。在 375°C 时，2Y/Co - Ni - OMC 催化剂的乙醇转化率可达 50.7%，氢气产率在该温度下达到最大值 62%。
- 蒸汽 - 乙醇比（S/E）的影响：研究发现，提高 S/E 比可显著提高乙醇转化率和氢气产率。当 S/E 比为 12 时，乙醇转化率和氢气产率分别达到 90.7% 和 100%。
- 气体时空速（GHSV）的影响：随着 GHSV 增加，乙醇转化率和氢气产率显著降低。在最低 GHSV（15Lg?1h?1）下，可获得较高的乙醇转化率和氢气产率。
- 稳定性测试：稳定性测试表明，未促进的 Co - Ni - OMC 催化剂在 300 min 后完全失活，而 2Y/Co - Ni - OMC 催化剂在 500 min 内保持良好的稳定性，乙醇转化率约为 90%，氢气产率为 100%。
- 使用后催化剂的表征
- 碳沉积分析：FESEM、XRD 和 TG - DTA 分析表明，未促进的催化剂表面碳沉积量高于促进的催化剂。未促进的催化剂因碳沉积迅速失活，而促进的催化剂上的碳纳米管未覆盖活性位点，且 Y 的存在有助于减少碳沉积。
研究结论与讨论部分指出，本研究成功合成并优化了用于 ESR 反应的介孔碳负载 Ni 和 Co 的催化剂。2 wt% Y 的加入显著提升了催化剂性能，使催化剂在 375°C、H2O/EtOH=12和GHSV=15Lg?1h?1的条件下，实现了 91% 的乙醇转化率和 100% 的氢气产率。同时，Y 促进的催化剂稳定性优异，在 500 min 内保持高活性。这一研究成果为开发高效、可持续的催化体系提供了重要参考，突出了 Y 作为促进剂在提升 ESR 反应催化剂活性和稳定性方面的关键作用，为未来制氢领域的发展开辟了新的方向。
