【综述】Energy & Fuels：镍基催化剂应用于二氧化碳甲烷化反应研究进展

英文原标题：-Ni基CO2：和

通讯作者: 张荣斌, 冯刚, 南昌大学化学化工学院, 应用化学研究所, 江西省环境与能源催化重点实验室

作者：胡叶、陆章辉、张、冯刚

引文

许多国家和地区在气候行动峰会上宣布，未来将实现碳中和，并将发展低碳技术作为首要战略目标。其中，将二氧化碳催化转化为高价值化学品是减少二氧化碳排放的一种有前景的解决方案。加氢CO2生产甲烷的产率可以达到80%以上，并且可以整合到现有的天然气基础设施中。预计到2030年，CO2生产CH4的市场规模预计将增长到40亿至650亿立方米，CO2甲烷化的研究界也在不断增加。

由于热力学平衡限制，较低的温度有利于获得较高的CO2转化率。然而，惰性二氧化碳的活化需要高温来克服动力学障碍。因此，设计能够在低温下活化CO2和H2并具有高CH4选择性的高性能催化剂是CO2甲烷化的关键点。在众多催化剂中，镍基催化剂是最有潜力的二氧化碳加氢生产甲烷的活性金属。

图 1. CO2 甲烷化和 Ni 催化剂的研究兴趣

为了更深入地了解CO2甲烷化的研究进展，尽快实现工业催化剂的设计和制备。作者首先讨论了活性金属和载体的优化；通过活性金属Ni的组成和尺寸以及载体的组成和形貌阐明了催化剂的构效关系，分析了催化剂构效关系在与反应的相互作用和调控中的作用金属载体。最后，作者对CO2甲烷化镍基催化剂面临的挑战和前景进行了分析和讨论。

图2 CO2甲烷化反应可能的加氢反应路径（版权等信息请参考原文）

金属镍

在活性金属结构方面，作者首先介绍了镍基合金在甲烷化反应中的性能，并对廉价金属和贵金属合金的制备方法和类型进行了详细分析，明确了镍合金对催化反应的关键影响。活动。因素。此外，从催化活性和加氢路径两个方面解释了Ni的尺寸效应。因此，深入研究和设计具有特殊结构的镍及其合金催化剂，了解其构效关系，将有助于实现二氧化碳甲烷化的规模化生产。

图3 Ni合金与尺寸的影响（版权等信息请参考原文）

矢量分析

在催化剂载体结构方面，作者首先介绍了载体组分在催化反应中的作用，并从双金属载体、元素掺杂等方面具体分析了载体组分的重要影响。在此基础上，从不同维度（一维到三维）对催化剂载体的形貌进行了系统分析和总结。载体的结构不仅可以提高Ni的分散和反应速率，而且可以增强对CO2的吸附。因此，载体的设计和制备对于CO2甲烷化过程的工业化具有不可替代的作用。

图4 载体组成和形态的影响（版权等信息请参考原文）

金属载体相互作用

金属-载体相互作用（金属−，MSI）在此反应中显示出独特的影响。作者从制备方法和煅烧气氛等方面分析了MSI在CO2甲烷化反应中的性能。通过调整MSI的强度，不仅可以调整Ni和载体的结构，还可以提高反应物和产物的吸附能力。综上所述，MSI在该反应中发挥着重要作用。

图5 金属载体相互作用的影响（版权等信息请参考原文）

综上所述

最后作者指出，尽管镍基催化剂在低温下的性能不尽如人意，但它仍然是最有前途的CO2甲烷化反应催化剂之一。因此，设计具有独特结构的镍基催化剂对于CO2甲烷化反应的工业化具有不可替代的作用。从本文对镍基催化剂的研究来看，构效关系的优化是未来研究的重点。毕竟，无论是从当前的碳中和还是从人类可持续发展的长远目标来看，二氧化碳甲烷化对于我们的生活和经济来说都是一个充满希望的方向。总之，CO2甲烷化的发展仍处于瓶颈期，但特殊结构催化剂的不断创新和催化反应的原位表征可以为CO2甲烷化注入活力。

与燃料.2022, 36, 156–169

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