甲烷干重整反应（Dry Reforming of Methane，DRM）可以同时将两种主要的温室气体——甲烷（CH4）和二氧化碳（CO₂）转化为氢碳比接近于1的合成气，近年来广受关注。Ni基催化剂因其较高的活性、相对低廉的价格，以及易于获取的特性使其成为DRM反应最适宜的催化剂之一。高负载量的金属Ni纳米颗粒虽然具有高的催化活性，但存在高温下易烧结和积碳失活等问题，限制了其进一步的工业应用。因此，开发并制备出高Ni负载量兼具抗烧结和抗积碳能力的高效稳定催化剂对于DRM反应的工业化具有重要意义。

近日，中国石油大学（华东）的阎子峰教授/王有和副教授团队和安徽师范大学的赵国锋教授合作开发了一种全新的“模板辅助-均分散再转晶”策略，并成功合成出高Ni负载量兼具优异抗烧结和抗积碳能力的双金属纳米颗粒Ni-La@S-1封装型高效稳定DRM催化剂。该合成策略首先通过固相研磨法在介孔模板剂P123的辅助下将高负载量（30wt%）的Ni和少量的La等金属前驱体均匀分散并负载在SBA-15分子筛的孔道内，然后再将P123碳化后得到的炭材料作为后续晶化时的介孔模板剂和结构支撑，最后使用干凝胶转晶法将SBA-15分子筛的孔壁SiO₂原位转晶成S-1分子筛并将Ni和La等金属封装在S-1分子筛晶内，得到封装型双金属纳米颗粒多级孔Ni-La@S-1催化剂。由于限域在S-1分子筛晶内的Ni纳米颗粒生成-Ni-O-Si-键增强了金属-载体间的相互作用，以及助剂金属La的引入在增强催化剂对CO₂的吸附能力的同时促进了双齿碳酸盐中间体的生成，二者共同作用使得封装型双金属Ni-La@S-1催化剂在保持高DRM反应活性的同时表现出优异的抗烧结和抗积碳能力。本工作为制备高金属负载量兼具抗烧结的高效稳定纳米金属封装型沸石分子筛催化剂提供了新的思路和解决方案。

图1 “模板辅助-均分散再转晶”策略合成封装型多级孔Ni-La@S-1催化剂的示意图。

图2 700°C下SBA-15系列和S-1系列催化剂的甲烷转化率(a)，二氧化碳转化率(b)和产物氢碳比(c)。

图3 Ni-La@S-1催化剂的(a)HR-TEM和(b)EDS图。

图4 SBA-15系列和S-1系列催化剂的H2-TPR(a)和UV-vis图(b)。

图5 Ni@S-1(a, c)和Ni-La@S-1(b, d)催化剂的原位DRIFTs图。

图6 Ni@S-1和Ni-La@S-1催化剂的原位DRIFTs以及反应中间体差异图。

王有和，中国石油大学（华东）化学化工学院副教授，博士生导师。主要从事无机材料化学、能源催化化学、纳米多孔材料、催化新材料与新型催化剂、CO₂的催化转化及其相关的应用基础研究工作。近5年以第一或通讯作者在Nano Res.、Chem. Eng. J.、Inorg. Chem. Front.、Fuel、Appl. Surf. Sci.、Chem.–Eur. J.、Micropor. Mesopor. Mat.、Catal. Sci. Technol.等期刊上发表SCI/EI收录论文40余篇。主持国家和山东省自然科学基金项目以及中石化等企业合作开发项目十余项，参与多项国家和山东省重点研发计划、国家和省部级自然科学基金以及中石油重大科技专项等项目的研发。获得过山东省科技进步二等奖、中国石油和化学工业协会科技进步二等奖以及山东省高等学校优秀科研成果奖（自然科学类）三等奖等奖励。

赵国锋，安徽师范大学化学与材料科学学院教授，博士生导师。长期从事天然气化工/煤化工/CO₂转化/空气净化等过程所涉及的催化氧化/催化加氢/催化重整/催化偶联等基础反应的催化剂新材料（单原子催化剂、纳米复合催化剂）设计开发、催化剂结构化/工程化制备和催化机理方面（单原子催化、界面催化）的研究。主持国家自然科学基金委-中石油联合基金项目1项、国家自然科学基金青年基金项目1项、国家自然科学基金面上项目1项。目前在Sci. Adv.、Nat. Commun.、Angew、JACS、Adv. Mater.、Appl. Catal. B、ACS Catal.、J. Catal.、AIChE J.、Ind. Eng. Chem. Res.等期刊发表论文近200篇（H因子36；Scopus）。

阎子峰，中国石油大学（华东）化学化工学院二级教授，博士生导师，山东省泰山学者攀登计划专家，兼任中国化学会催化委员会委员，中国化学会分子筛委员会委员，山东省化学化工学会常务理事兼催化专业委员会主任委员。长期从事催化材料与催化剂、纳米催化技术领域的研究。主持国家重点研发计划重点专项、国家自然科学基金-中国石油联合基金重点项目、国家自然科学基金面上项目、山东省重点研发计划（重大科技创新工程）项目以及中国石油炼油催化剂重大专项等项目。目前在Energy Environ. Sci.、Nat. Commun.、Angew、Adv. Funct. Mater.、Appl. Catal. B等期刊上已发表高水平学术论文500余篇，被引20000余次，h因子68。获得山东省自然科学一等奖、山东省科技进步二等奖等省部级奖励十余项。

Lv J, Wang Y, Liu J, et al. Dry-gel synthesis of hierarchical Ni-La@S-1 catalysts with stabilized Ni-La bimetals nanoparticles for dry reforming of methane. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.1007/s12274-024-6948-z.