科学导报讯 记者耿倩 7月15日，记者从山西煤化所获悉，该所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，并取得重要进展，为CO2甲烷化工业催化剂的研发提供了有价值的参考。其相关成果已发表在Advanced Functional Materials上。
据了解，在CO2众多的转化方向中，加氢合成甲烷相较于其他反应（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。
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。在该研究中，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。