CO_2甲烷化镍基催化剂研究进展

作者：张晓俐; 古芳娜^*; 苏发兵; 许光文

来源：洁净煤技术, 2022, 28(04): 1-17.

DOI：10.13226/j.issn.1006-6772.CN22012201

• CO_2甲烷化
• 镍基催化剂
• 光热催化
• 第二金属
• 载体
• 催化活性

CO_2甲烷化技术不仅可以实现CO_2的循环利用，还能解决CO_2排放带来的环境问题。近年来，Ni基催化剂因催化活性好、甲烷选择性高和价格低廉等优点被广泛应用于CO_2甲烷化反应中。重点阐述了Ni颗粒的尺寸效应、表面微细结构、载体种类及物理化学性质(碱性位、氧空位、比表面积、孔结构和金属-载体间相互作用)对CO_2甲烷化催化剂催化性能的影响，介绍了Ni基双金属合金、结构和电子型助剂对其催化性能的影响，归纳了不同催化剂上CO_2甲烷化机理，剖析了Ni基催化剂失活的原因，论述了Ni基催化剂在光热催化CO_2甲烷化中的应用，最后对CO_2甲烷化催化剂未来研究方向进行了展望。通过对比不同体系获得的研究结果发现，CO_2甲烷化反应为结构敏感性反应，Ni颗粒尺寸对催化剂活性有显著影响，然而不同研究得出的最佳Ni颗粒尺寸有明显差异，这可能与不同金属与载体间相互作用或不同制备方法导致的Ni颗粒表面微细结构(如不同晶面、缺陷位等)差异有关，Ni颗粒的尺寸效应有待深入研究；第二金属的加入形成Ni基双金属合金、助剂及研究金属-载体相互作用都有助于开发高稳定性的催化剂；载体表面丰富的碱性位及氧空位，有利于CO_2吸附与活化，进而提高催化剂活性。目前，CO_2甲烷化反应路径主要分为CO路径和甲酸盐路径，反应遵循的路径可能与反应条件(如温度、压力等)及催化剂表面性质(如羟基丰富度、O~(2-)吸附位点等)有关。然而，关于助剂或载体与Ni物种间的纳米界面结构，以及采用不同助剂和载体对催化剂活性位点及CO_2甲烷化反应路径的影响机制，尚缺乏较深入的认知。因此，需借助现场原位成像技术及光谱学技术对催化剂的表界面几何与电子结构进行精细、动态的结构剖析，建立动态结构与性能的构效关系，有利于指导设计合成特定结构的高效Ni基催化剂。

• 单位
  中国科学院过程工程研究所; 多相复杂系统国家重点实验室; 沈阳化工大学