可将温室气体CH4和CO2共同转化为具有化学活性合成气（H2/CO）的甲烷干法重整（MDR，CH4 + CO2 = 2CO + 2H2），为利用碳资源生产化学品和燃料提供了一条很有前途的途径。研究发现，Ni催化剂具有最高的甲烷干法重整催化活性，但在较高温度（>973 K）下金属烧结或在相对较低温度（673−973 K）下结焦会导致快速失活。
近日，大连理工大学陆安慧教授，中科院大连化物所申文杰研究员报道了一种由1−2 nm厚的多元氧化物（MEO）层约束的Ni颗粒（15 nm），可在导致催化剂失活的873−1073 K 苛刻条件下，CH4/CO2化学计量比为1.0时稳定运行，对工艺效率和原子经济性具有工业意义。
文章要点
1）研究人员首先制备了Ni−Mg−Al水滑石纳米片，其横向尺寸约为30 nm，厚度不足1 nm。然后在每个薄片上涂覆一层厚度约为3 nm的二氧化硅。将前驱体在1073 K空气中煅，然后在1073 K氢气还原得到平均粒径为15.3 nm的Ni催化剂（OxNi催化剂）。
2）界面上的Ni、Mg、Al和Si物种在熵稳定效应的驱动下，可在Ni颗粒上形成MEO薄层，这种原位形成的MEO层具有类似于高熵氧化物的性质，即使在1173 K也能稳定具有合适尺寸和高指数面的Ni颗粒。同时，近大气压下的原位透射电镜结合智能重力分析（IGA）-质谱（MS）的表征结果显示，这种独特的结构平衡了CH4和CO2的活化。因此，即使在最严重的结焦温度873 K下，催化剂的寿命也得到了有效的延长，几乎没有结焦。
这种纳米结构的设计和稳定效应提供了一种简单的策略，可以精确地制造出具有广泛操作温度的活性和坚固的金属催化剂，以满足许多具有挑战性的反应。
参考文献
Lei He, et al, Robust and Coke-free Ni Catalyst Stabilized by 1−2 nm-Thick Multielement Oxide for Methane Dry Reforming, ACS Catal.2021
DOI: 10.1021/acscatal.1c02995
https://doi.org/10.1021/acscatal.1c02995
