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甲烷干重整（DRM，CH4 + CO2 → 2H2 + 2CO）能將甲烷和二氧化碳兩種溫室氣體同步轉化為氫碳比約為1的合成氣，是兼具溫室氣體資源化利用與合成氣生產雙重功能的關鍵技術路徑。Ni/Al2O3催化劑是DRM領域研究最早、最廣泛的體系之一，具備良好的工業化前景，卻長期因反應過程中積碳與燒結導致失活問題，難以實現大規模工業應用。近日，中國科學院蘭州化學物理研究所等在抗積炭Ni/Al2O3催化劑的設計與反應機理領域取得突破。團隊揭示了NiAl2O4在低溫DRM中的關鍵作用，為低溫抗積碳DRM催化劑的理性設計提供了全新范式。團隊以Ni/γ-Al2O3為模型催化劑，通過調控還原溫度構建了Ni0/NiAl2O4/Al2O3界面和Ni0/Al2O3界面，并借助原位XPS、原位XANES確定了兩種界面中Ni0比例。反應評價測試驗證了兩種界面結構的性能差異。團隊明確了Ni0/NiAl2O4/Al2O3界面結構的抗積炭反應機理，發現碳酸氫鹽（HCO3*）和碳酸鹽（CO3*）是CH4抗積炭反應路徑中的關鍵中間體。以往的催化劑設計策略集中在如何提高CO2的活化能力上，核心邏輯是通過促進CO2的活化，提供足夠的活性氧，及時清除積炭，從而維持催化劑的穩定性。該研究首次在Ni/Al2O3基DRM催化劑中發現CH4向HCO3*和CO3*的轉化路徑，CH4在反應初期就可與界面氧物種結合生成含氧中間體，從而避免產生容易聚集成積炭的碳原子。這一“繞過積炭路徑”的理念為抗積炭型DRM催化劑提供了新的思路，有望推廣至其他尖晶石氧化物體系。相關研究成果發表在Applied Catalysis B: Environment and Energy上。研究工作得到國家留學基金委、中國科學院、甘肅省等的支持。論文鏈接甲烷—二氧化碳重整反應研究獲進展