Kinetics and CatalysisKinetics and CatalysisКинетика и катализ0453-88113034-5413The Russian Academy of Sciences38173610.7868/S3034541325060025ARTICLESСТАТЬИResearch ArticleDry reforming of methane into synthesis gas on oxide catalysts Ni/CexSn1–xO2: effect of the template natureУГЛЕКИСЛОТНАЯ КОНВЕРСИЯ МЕТАНА В СИНТЕЗ-ГАЗ НА ОКСИДНЫХ КАТАЛИЗАТОРАХ Ni/CexSn1–xO2: ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ ТЕМПЛАТАhttps://orcid.org/0000-0002-5091-6290KaplinI. Yu.КаплинИ. Ю.kaplinigormsu@gmail.comZorinaA. A.ЗоринаА. А.-https://orcid.org/0000-0003-3510-4822LoktevaE. S.ЛоктеваЕ. С.-https://orcid.org/0000-0001-8443-8541ChernavskyP. A.ЧернавскийП. А.-https://orcid.org/0000-0002-1040-1428GolubinaE. V.ГолубинаЕ. В.-https://orcid.org/0000-0002-6648-0647KamaevA. O.КамаевА. О.-https://orcid.org/0000-0002-0672-2683MaksimovS. V.МаксимовС. В.-MaslakovK. I.МаслаковК. И.-Lomonosov Moscow State UniversityФГБОУ ВО Московский государльный университет имени М.В. ЛомоносоваA.V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis RASФГБУН Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАНN.D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry RASФГБУН Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН15122025666VOL 66, NO6 (2025)ТОМ 66, №6 (2025)09022026Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journal-vniispk.ru/0453-8811/article/view/381736

The work is devoted to revealing the influence of the synthesis method, namely the nature of the template, on the catalytic properties of the supported Ni/CexSn1–xO2 systems in dry reforming of methane (DRM) in a flow system with a fixed catalyst bed. A comparison of the characteristics of catalysts obtained using different templates (ionic – cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), non-ionic polymer Pluronic-123 (P123), biotemplate – pine sawdust) and containing cerium and tin in a molar ratio of Ce : Sn = 9:1 was carried out. The mass content of nickel was 3%. The catalysts were characterized by temperature-programmed reduction with hydrogen, X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, scanning and transmission electron microscopy with energy-dispersive X-ray analysis, and magnetometry. The systems obtained in the presence of the biotemplate and P123 were active in CDRM. The highest values of steady-state conversion of methane (11%) and carbon dioxide (29%) were provided by the Ni/CeO2–SnO2–P123 catalyst. Analysis of the results of physicochemical methods showed that the Ni/CeO2–SnO2–P123 sample has the most uniform distribution and increased dispersion of nickel particles. It was found that the use of the P123 polymer template contributes to the formation of a greater number of interaction centers of nickel with the tin-containing oxide phase in the Ni/CexSn1–xO2–P123. The nature of the template significantly affects the structural state of the active component and, as a consequence, the catalytic characteristics in DRM.

В работе установлено влияние природы темплата, использованного в ходе синтеза носителя, на каталитические свойства нанесенных систем 3 мас. % Ni/CexSn1–xO2 в углекислотной конверсии метана (УКМ). Носитель, содержащий церий и олово в молярном соотношении Ce : Sn = 9:1, синтезировали с помощью трех темплатов: ионного (бромид цетилтриметиламмония, СТАВ), неионного (Плюроник-123, Р123) и биологического (сосновые опилки). Катализаторы, полученные с применением Р-123 и опилок, оказались активными в УКМ в проточных условиях при 800°С, причем Ni/CeO2–SnO2–Р123 обеспечил наиболее высокие значения стационарной конверсии метана (11%) и диоксида углерода (29%). Анализ катализаторов и носителей методами температурно-программированного восстановления, рентгенофазового анализа, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии с приставками для энергодисперсионного анализа и магнитометрии показал, что образец Ni/CexSn1–xO2–Р123 отличается наиболее равномерным распределением и повышенной дисперсностью частиц никеля, а также улучшенной степенью контакта никеля с оксидной фазой, содержащей олово, что способствует увеличению эффективности в реакции УКМ.

carbon dioxide conversion of methaneoxide catalyststemplate synthesis methodscerium dioxidetin dioxidenickelуглекислотная конверсия метанаоксидные катализаторытемплатные методы синтезадиоксид цериядиоксид олованикельРабота выполнена в рамках государственного задания АААА-А21-121011990019-4 с использованием оборудования, приобретенного за счет средств Программы развития МГУ (РФЭС).Usman M., Wan Daud W.M.A., Abbas H.F. // Renew. Sustain. Energy Rev. 2015. V. 45. P. 710.Rostrup-Nielsen J., Sehested J., Nørskov J. // Adv. Catal. 2002. V. 47. P. 65.Nagaoka K., Okamura M., Aika K. // Catal. Commun. 2001. V. 2. № 8. P. 255.de Araújo Moreira T.G., de Carvalho Filho J.F.S., Carvalho Y., de Almeida J.M.A.R., Romano P.N., Sousa-Aguiar E.F. // Fuel. 2021. V. 287. Art. 119536.García-Diéguez M., Finocchio E., Larrubia M.Á., Alemany L.J., Busca G. // J. Catal. 2010. V. 274. № 1. P.11.Wang H., Ruckenstein E. // Appl. Catal. A: Gen. 2001. V. 209. № 1–2. P. 207.San José-Alonso D., Illán-Gómez M.J., Román-Martínez M.C. // Int. J Hydrogen Energy. 2013. V. 38. № 5. P. 2230.Nikoo M., Amin N. // Fuel Process. Technol. 2011. V.92. № 3. P. 678.Aramouni N.A.K., Zeaiter J., Kwapinski W., AhmadM.N. // Energy Convers. Manag. 2017. V. 150. P.614.Han J.W., Park J.S., Choi M.S., Lee H. // Appl. Catal. B: Environ. 2017. V. 203. P. 625.Amin M.H., Mantri K., Newnham J., Tardio J., Bhargava S.K. // Appl. Catal. B: Environ. 2012. V. 119–120. P. 217.Gallego G.S., Mondragón F., Barrault J., Tatibouët J.-M., Batiot-Dupeyrat C. // Appl. Catal. A: Gen. 2006. V.311. P. 164.Bhavani A.G., Kim W.Y., Kim J.Y., Lee J.S. // Appl. Catal. A: Gen. 2013. V. 450. P. 63.Kim J.-H., Suh D.J., Park T.-J., Kim K.-L. // Appl. Catal. A: Gen. 2000. V. 197. № 2. P. 191.Guo J., Lou H., Zhao H., Chai D., Zheng X. // Appl. Catal. A: Gen. 2004. V. 273 № 1–2. P. 75.Liu Z., Grinter D.C., Lustemberg P.G., Nguyen-Phan T.-D., Zhou Y., Luo S., Waluyo, I., Crumlin E.J., StacchiolaD.J., Zhou J., Carrasco J., Busnengo H.F., Ganduglia-Pirovano M.V., Senanayake S.D., Rodriguez J.A. // Angew. Chem. Int. Ed. 2016. V. 55. № 26. P. 7455.Makri M.M., Vasiliades M.A., Petallidou K.C., Efstathiou A.M. // Catal. Today. 2016. V. 259. P. 150.Damaskinos C.M., Vasiliades M.A., Efstathiou A.M. // Appl. Catal. A: Gen. 2019. V. 579. P. 116.Kašpar J., Fornasiero P., Graziani M. // Catal. Today. 1999. V. 50. № 2. P. 285.Das S., Jangam A., Jayaprakash S., Mandal S., Gosavi P.V., Chilukuri S. // Appl. Catal. B: Environ. 2021. V.290. Art. 119998.Ayastuy J.L., Iglesias-González A., Gutiérrez-OrtizM.A.// Chem. Eng. J. 2014. V. 244. P. 372.Gupta A., Hegde M.S., Priolkar K.R., Waghmare U.V., Sarode P.R., Emura S. // Chem. Mater. 2009. V. 21. №24. P. 5836.Stonkus O.A., Zadesenets A.V., Slavinskaya E.M., Stadnichenko A.I., Svetlichnyi V.A., Shubin Y.V., KorenevS.V., Boronin A.I. // Catal. Commun. 2022. V.172. Art. 106554.Slavinskaya E.M., Zadesenets A.V., Stonkus O.A., Stadnichenko A.I., Shchukarev A.V., Shubin Y.V., KorenevS.V., Boronin A.I. // Appl. Catal. B: Environ. 2020. V. 277. Art. 119275.Gu Y., Liu C., Li Y., Sui X., Wang K., Wang Z. // J.Power Sources. 2014. V. 265. P. 335.Baidya T., Gupta A., Deshpandey P. A., Madras G., Hegde M.S. // J. Phys. Chem. C 2009. V. 113. № 10. P. 4059.Trovarelli A., Zamar F., Llorca J., de Leitenburg C., Dolcetti G., Kiss J.T. // J. Catal. 1997. V. 169. № 2. P.490.Rossignol S., Madier Y., Duprez D. // Catal. Today. 1999. V. 50. № 2. P. 261.Montoya J., Romero-Pascual E., Gimon C. // Catal. Today. 2000. V. 63. № 1. P. 71.Larrondo S., Vidal M.A., Irigoyen B., Craievich A.F., Lamas D.G. // Catal. Today 2005. V. 107. P. 53.Kaplin I.Yu., Lokteva E.S., Golubina E.V., Lunin V.V. // Molecules 2020. V. 25. № 18. P. 4242.Kaplin I.Yu., Lokteva E.S., Tikhonov A.V., MaslakovK.I., Isaikina O.Yu., Golubina E.V. // Catalysts. 2022. V. 12. № 12. P. 1575.Kaplin I.Yu., Lokteva E.S., Tikhonov A.V., ZhilyaevK.A., Golubina E.V., Maslakov K.I., Kamaev A.O., Isaikina O.Yu. // Top. Catal. 2020. V. 63. № 1–2. P. 86.Chen J., Wu Q., Zhang J., Zhang J. // Fuel 2008. V. 87. № 13–14. P. 2901.Chernavskii P., Pankina G., Lunin V. // Russ. Chem. Rev. 2011. V. 80. № 6. P. 579.Kambolis A., Matralis H., Trovarelli A., Papadopoulou C. // Appl. Catal. A: Gen. 2010. V. 377. № 1–2. P. 16.Wolfbeisser A., Sophiphun O., Bernardi J., Wittayakun J., Föttinger K., Rupprechter G. // Catal. Today 2016. V. 277. P. 234.Yao X., Xiong Y., Zou W., Zhang L., Wu S., Dong X., Gao F., Deng Y., Tang C., Chen Z., Dong L., Chen Y. // Appl. Catal. B: Environ. 2014. V. 144. P. 152.Yao H.C., Yao Y.F.Y. // J. Catal. 1984. V. 86. № 2. P. 254.Takeguchi T., Furukawa S., Inoue M. // J. Catal. 2001. V. 202. № 1. P. 14.Ashok J., Ang M., Kawi S. // Catal. Today. 2017. V. 281. P. 304.Kuhlenbeck H., Odörfer G., Jaeger R. M., Illing G., Menges M., Mull Th., Freund H.-J., Pöhlchen M., Staemmler V., Witzel S., Scharfschwerdt C., Wennemann K., Liedtke T., Neumann M. // Phys. Rev. B 1991. V. 43. № 3. P. 1969.Mansour A. // Surf. Sci. Spectra. 1994. V. 3. № 3. P. 239.Biesinger M.C., Lau L.W.M., Gerson A.R., Smart R.S.C. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2012. V. 14. №7. P. 2434.Kumar S., Kim Y.J., Koo B.H., Lee C.G. // J. Nanosci. Nanotechnol. 2010. V. 10. № 11. P. 7204.Sundaresan A., Bhargavi R., Rangarajan N., Siddesh U., Rao C.N.R. // Phys. Rev. B 2006. V. 74. № 16. Art. 161306(R).Khakhal H.R., Kumar S., Dolia S.N., Dalela B., Vats V.S., Hashmi S.Z., Alvi P.A., Kumar S., Dalela S. // J. Alloys Compd. 2020. V. 844. Art. 156079.Tontini G., Koch A. Jr., Schmachtenberg V.A.V., Binder C., Klein A.N., Drago V. // Mater. Res. Bull. 2015. V. 61. P. 177.Kamble R.B., Varade V., Ramesh K.P., Prasad V. // AIP Adv. 2015. V. 5. № 1. Art. 017119.Han D., Wang J., Luo H. // J. Magn. Magn. Mater. 1994. V. 136. № 1–2. P. 176.Ishizaki T., Yatsugi K., Akedo K. // Nanomaterials. 2016. V. 6. № 9. P. 172.Ávila-Crisóstomo C., Pal U., Pérez-Rodríguez F., Rodríguez-González V. // J. Magn. Magn. Mater. 2020. V. 514. Art. 167102.Dippong T., Cadar O., Deac I.G., Levei E.A., Borodi G. // J. Alloys Compd. 2020. V. 828. Art. 154409.Basma H., Rahal H.T., Al-Mokdad F., Romie M., Awad R. // Mater. Res. Express 2019. V. 6. № 7. Art. 075001.Roy S., Dubenko I., Edorh D., Ali N., Los A.E., Starodubov A.V., Takeuchi A.Y., Gschneidner K.A., Pecharsky V.K. // J. Appl. Phys. 2004. V. 96. № 2. P. 1202.Du Y. W., Xu M., Wu J., Liu X.D., Zhang Y.H. // J. Appl. Phys. 1991. V. 70. № 10. P. 5903.Leslie-Pelecky D., Rieke R. // Chem. Mater. 1996. V. 8. № 8. P. 1770.Грабченко М.В., Дорофеева Н.В., Лапин И.Н., La Parola V., Liotta L.F., Водянкина О.В. // Кинетика и Катализ. 2021. Т. 62. № 6. С. 718.Fidalgo B., Arenillas A., Menéndez J.A. // Fuel. 2010. V. 89. № 12. P. 4002.Naeem M.A., Al-Fatesh A.S., Khan W.U., Fakeeha A.H., Al-Zahrani A.A. // Int. J. Chem. Appl. 2013. V. 4. № 5. P. 315.