Bewertung der Auswirkungen der Genauigkeit der Adlayerschreibung auf theoretische Vorhersagen der Koksoffbildung auf Ni(111) unter Dampfreformierungsbedingungen

Die Dampfreformierung von Methan ist ein wichtiger industrieller Prozess zur Wasserstoffproduktion, bei dem Ni als kostengünstiger, hochaktiver Katalysator eingesetzt wird, der jedoch aufgrund der Methanzerlegung unter Koksoffbildung leidet. Koksoffbildung ist die Ansammlung eines stabilen Gifts über die Zeit, die bei hohen Temperaturen auftritt; daher kann sie näherungsweise als thermodynamisches Problem behandelt werden. In dieser Arbeit entwickelten wir ein ab initio kinetisches Monte-Carlo (KMC)-Modell für die Methanzerlegung auf Ni(111) unter Dampfreformierungsbedingungen. Das Modell erfasst die Kinetik der C-H-Aktivierung im Detail, während die Bildung von Graphenschichten auf dem Niveau der Thermodynamik beschrieben wird, um Einblicke in den "terminalen (vergifteten) Zustand" von Graphen/Koks innerhalb angemessener Rechenzeiten zu erhalten. Wir verwendeten Clustererweiterungen (CEs) mit zunehmend höherer Genauigkeit, um systematisch den Einfluss effektiver Clusterinteraktionen zwischen adsorbierten oder kovalent gebundenen C- und CH-Spezies auf die Morphologie des "terminalen Zustands" zu bewerten. Darüber hinaus verglichen wir die Vorhersagen von KMC-Modellen, die diese CEs konsistent in mittelfeldmikrokinetische Modelle einbeziehen. Die Modelle zeigen, dass sich der "terminalen Zustand" erheblich mit dem Genauigkeitsgrad der CEs ändert. Darüber hinaus sagen hochgenaue Simulationen C-CH-Inseln/Ringen voraus, die bei niedrigen Temperaturen größtenteils disconnected sind, die jedoch die Oberfläche von Ni(111) bei hohen Temperaturen vollständig umschließen.