Catalytic decomposition of ammonia by a mechanochemical approach

L’hidrogen sorgeix com a una de les millors opcions per conduir el canvi cap a una societat sense cap emissió, al 2050. Tot i això, l’emmagatzematge presenta certs problemes quan s’apliquen a aplicacions mòbils. Es suggereix que l’amoníac podria ser un vector energètic que produís hidrogen en el mateix cotxe. En aquest treball, catalitzadors monometàl·lics de Ni i Ru, i bimetàl·lic NiRu han estat preparats principalment per ball milling. Els catalitzadors bimetàl·lics són interessants perquè poden representar una opció viable per substituir els catalitzadors de Ru, que tenen preus elevats. L’actuació en relació a la descomposició de l’amoníac va ser calculada, determinant la quantitat d’amoníac convertit. Els catalitzadors bimetàl·lics van aconseguir conversions més altes que els catalitzadors de Ni, però no respecte els de Ru. A més, es va evidenciar que l’ordre d’adició afectava la conversió de l’amoníac, produint catalitzadors que donaven conversions més altes quan el Ni es posava primer. Tres de les mostres bimetàl·liques preparades van ser analitzades per espectroscòpia Raman. Tot i que es van poder fer algunes hipòtesis, cap conclusió va poder ser extreta en quant a la raó per la qual afegir Ni primer millora el comportament del catalitzador. La declaració inicial respecte l’amoníac com a combustible viable va demostrar-se a través d’una discussió. Es va trobar que pot ser tan competitiu com l’hidrogen o l’electricitat. Les tres opcions han de ser considerades com a combustibles nets del futur. L’estudi dels catalitzadors és complex perquè molts paràmetres poden influenciar la conversió de l’amoníac. Més estudis són necessaris per trobar exactament quin tipus de catalitzador pot fer que l’amoníac sigui viable com a combustible.However, its storage does present issues for automobile applications. It is suggested that ammonia could be an energy vector to produce hydrogen on board. In this work, monometallic Ni and Ru catalyst, as well as bimetallic NiRu catalysts have been mainly prepared by ball milling. The bimetallic catalysts are of interest because they can represent a feasible option to substitute expensive Ru-based catalysts. Their performance regarding ammonia decomposition was calculated by determining the amount of ammonia converted. Bimetallic catalysts achieved higher conversion values than Ni catalysts but not compared to Ru catalysts. Moreover, it was found that the order of addition did affect significantly the ammonia conversion. Three of the bimetallic samples prepared were analysed by Raman spectroscopy. Even though some hypotheses could be made, no conclusions were extracted, regarding the reason why adding Ni first enhanced the performance of the catalyst. The initial statement about ammonia as a feasible fuel has been proven through a discussion. It was found that it could be indeed, as competitive as hydrogen and electricity. All three options should be considered as future clean fuels. The study of catalysts is complex because multiple parameters influence the ammonia conversion. Further studies need to be done to precisely find the catalysts that would allow ammonia to be a viable as a fuel.El hidrógeno sale como una de las mejores opciones para encauzar un cambio hacia una sociedad sin emisiones, para el 2050. Sin embargo, el almacenaje presenta ciertos problemas cuando se aplican para aplicaciones móviles. Se sugiere que el amoniaco podría ser un vector energético que produzca hidrógeno en el mismo coche. En este trabajo, catalizadores monometálicos Ni y Ru, y bimetálicos NiRu han estado preparados principalmente para ball millinng. Los catalizadores bimetálicos son interesantes porque pueden representar una opción viable para sustituir los catalizadores de Ru, que tienen precios elevados. La actuación en relación con la descomposición del amoniaco fue calculada determinando la cantidad de amoniaco convertida. Los catalizadores bimetálicos consiguieron conversiones más altas que los catalizadores de Ni, pero no respecto los de Ru. Además, se hizo evidente que el orden de adición afectaba a la conversión del amoniaco, produciendo catalizadores con conversiones más altas. Tres de las muestras bimetálicas preparadas fueron analizadas por espectroscopia Raman. Aunque se pudieron hacer algunas hipótesis, ninguna conclusión pudo ser extraída en cuanto a la razón por la cual añadir Ni en primer lugar mejoraba el comportamiento del catalizador. La declaración inicial respecto a que el amoníaco como combustible es viable se demostró a través de una discusión. Se encontró que puede ser tan competitivo como el hidrogeno o la electricidad. Las tres opciones deben ser consideradas como combustibles limpios del futuro. El estudio de catalizadores es complejo porque muchos parámetros pueden influenciar la conversión del amoniaco. Más estudios son necesarios para encontrar exactamente cuál es el tipo de catalizador que puede hacer que el amoniaco sea viable como combustible

Bimetallic NiFe nanoparticles supported on CeO2 as catalysts for methane steam reforming

Ni-Fe nanocatalysts supported on CeO2 have been prepared for the catalysis of methane steam reforming (MSR) aiming for coke-resistant noble metal-free catalysts. The catalysts have been synthesized by traditional incipient wetness impregnation as well as dry ball milling, a green and more sustainable preparation method. The impact of the synthesis method on the catalytic performance and the catalysts’ nanostructure has been investigated. The influence of Fe addition has been addressed as well. The reducibility and the electronic and crystalline structure of Ni and Ni-Fe mono- and bimetallic catalysts have been characterized by temperature programmed reduction (H2-TPR), in situ synchrotron X-ray diffraction (SXRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and Raman spectroscopy. Their catalytic activity was tested between 700 and 950 °C at 108 L gcat-1 h-1 and with the reactant flow varying between 54 and 415 L gcat-1 h-1 at 700 °C. Hydrogen production rates of 67 mol gmet-1 h-1 have been achieved. The performance of the ball-milled Fe0.1Ni0.9/CeO2 catalyst was similar to that of Ni/CeO2 at high temperatures, but Raman spectroscopy revealed a higher amount of highly defective carbon on the surface of Ni-Fe nanocatalysts. The reorganization of the surface under MSR of the ball-milled NiFe/CeO2 has been monitored by in situ near-ambient pressure XPS experiments, where a strong reorganization of the Ni-Fe nanoparticles with segregation of Fe toward the surface has been observed. Despite the catalytic activity being lower in the low-temperature regime, Fe addition for the milled nanocatalyst increased the coke resistance and could be an efficient alternative to industrial Ni/Al2O3 catalysts.Peer ReviewedPostprint (published version