近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室碳基資源電催化轉化研究組在固體氧化物電解器（SOEC）陽極甲烷重整催化劑設計方面取得進展。該研究通過原位溶出技術構筑金屬/氧化物活性界面，開發(fā)出高效而穩(wěn)定的電化學重整催化劑，并結合多種原位物理化學表征手段，揭示了SOEC陽極甲烷重整機理。SOEC因電解效率高、穩(wěn)定性好、模塊化程度高等優(yōu)勢，被認為是具有應用潛力的CO2電解器件。SOEC陽極以甲烷半氧化重整反應替代緩慢的析氧反應，利于降低CO2電解總能耗。然而，傳統(tǒng)的鈣鈦礦陽極材料甲烷重整活性低且穩(wěn)定性差，因此設計高活性陽極甲烷重整催化劑具有科學意義。該研究通過調(diào)控La0.6Sr0.4Ti0.3Fe0.7-xCoxO3-δ陽極鈣鈦礦中B位Co\Fe比例，優(yōu)化B位過渡金屬溶出能，實現(xiàn)在La0.6Sr0.4Ti0.3Fe0.5Co0.2O3-δ（LSTFC2）鈣鈦礦表面原位溶出生成平均粒徑最小為7nm、顆粒密度最高為1087個μm-2的CoFe合金納米顆粒，為陽極CH4轉化提供了充足活性位點。研究發(fā)現(xiàn)，電驅動產(chǎn)生的溢流氧可進一步促進甲烷吸附活化、抑制積碳形成，從而提升陽極催化劑活性和穩(wěn)定性。在800°C下，LSTFC2陽極CH4轉化率可達86.9%，CO選擇性可達90.1%，連續(xù)穩(wěn)定運行1250小時無顯著衰減。電化學性能測試表明，陽極引入甲烷半氧化重整反應后，CO生產(chǎn)能耗從傳統(tǒng)SOEC的3.46 kWh/m3降低到0.31 kWh/m3。上述成果為C1小分子升級轉化提供了新的研究思路。相關研究成果以In situ exsolved CoFe alloy nanoparticles for stable anodic methane reforming in solid oxide electrolysis cells為題，發(fā)表在《焦耳》（Joule）上。研究工作得到國家自然科學基金和國家重點研發(fā)計劃等的支持。論文鏈接大連化物所開發(fā)出用于電催化甲烷重整的高效鈣鈦礦陽極催化劑