实验室在CO₂低温甲烷化催化剂研究中取得重要进展----煤炭高效低碳利用全国重点实验室

在CO2众多的转化方向中，加氢合成甲烷相较于其它反应（如合成甲醇）具有更温和的反应条件和更高的转化率，更容易实现工业化。该过程将H2转换为能量密度更高的甲烷，可以利用现有的甲烷储存和运输基础设施来拓宽能源应用范围；这一技术在提升工业废气的热值上也有良好的应用前景。

煤炭高效低碳利用全国重点实验室赵宁研究员和肖福魁研究员团队就CO2甲烷化的反相ZrO2/Ni催化剂及相关反应机理展开了研究，相关成果以“The Inverse Configuration Confers High Activity and Stability to ZrO2/Ni Catalysts for CO2 Methanation”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。

CO2甲烷化要实现高效、稳定、低成本的工业化运行，核心挑战在于开发性能优异的催化剂。由于该反应是强放热反应，因此对催化剂的低温活性和长期稳定性要求极高。

在本研究中，团队构建了均匀分布的反相ZrO2/Ni催化剂并对制备工艺进行了优化，通过调整Zr和Ni的比例，实现了金属-氧化物相互作用的调控，提高了催化剂的低温活性。催化剂在持续和循环稳定性实验中都体现出了良好的反应性能。与纯镍和传统催化剂的比较分析结果表明，反相催化剂之所以具有更好的低温活性，是因为Ni作为基础提供了强的解离H2的能力，并通过氢溢流效应还原了部分ZrO2，进而产生大量氧空位作为CO2的吸附和活化位点。反应过程中CO路径和HCOO盐路径同时存在，并且互相协同。催化剂高的稳定性则得益于催化剂简单、均匀且稳定的构造。

此外，本研究还讨论了积碳对不同反应途径的影响。反相ZrO2/Ni催化剂表现出的低温高效、稳定、廉价易制备的特点，为CO2甲烷化工业催化剂的研发提供了有价值的参考。