摘要：CO 2和CH 4均是温室气体的重要成员并且数量可观,其资源化利用对于应对气候变化和能源危机具有重要意义。甲烷干重整是经典转化方式之一,将CO 2“供氧”还原反应和CH 4“需氧”氧化反应结合起来并相互转化,其产物合成气(H 2和CO)可用于费-托合成碳氢化合物液态燃料。近年来,干重整已经成为能源环境领域热点之一,在重整新工艺和催化剂设计策略方面取得了重要进展,推动了高活性和高稳定性催化剂和新工艺研发。详细综述了甲烷干重整工艺和催化剂的研究成果,重点介绍了干重整工艺新发展和催化剂功能设计,结合Ni-载体相互作用、双金属协同效应、界面效应、单原子催化等新策略对干重整工艺中的基础科学问题进行了探讨,并对干重整技术现有难点和未来发展方向进行了展望。

摘要：金属-载体相互作用(MSI)能改变金属化学状态,与三效催化剂(TWCs)性能密切相关.采用热处理和NaBH4刻蚀两种手段预处理载体CeO_(2)-ZrO_(2)(CZ)调控MSI,载体热处理后的Pt/CZ高温热稳定性增强;而Pd/CZ活性降低.载体经NaBH4刻蚀后,Pt/CZ催化剂出现分相,MSI被削弱,较弱的相互作用使Pt颗粒烧结;而Pd/CZ则相反,相互作用较弱,使Pd物种更容易转变为活性物种,有效促进催化活性.此外,载体预处理引起的氧空位含量变化与MSI强度呈正相关,相较于NaBH4刻蚀CZ,载体经过热处理后催化剂氧空位含量更高.通过阐明MSI与TWCs性能之间的关系,为深入理解载体优化调控MSI提供了新的思路.

摘要：相比于传统块体材料,铂单原子催化剂(Pt SACs)具有接近100%的贵金属利用率、优异的催化活性和均一的反应位点等优势,近年来逐渐成为催化研究的前沿之一.高度分散的Pt原子与载体之间的界面相互作用很大程度上决定了Pt SACs的物理和化学性能.因此,建立金属-载体相互作用与性能之间的内在关联机制,对于单原子催化剂的优化设计至关重要.得益于同步辐射光源高亮度、高准直性和宽波谱的优势,X射线吸收谱技术在鉴别单原子催化剂的电子结构和局域配位方面的成果显著.本文综合评述了Pt SACs X射线吸收谱的研究进展,重点介绍了Pt与金属氧化物、金属、纳米碳和多孔有机框架等载体之间独特的相互作用,以及其对性能的影响机制,并对未来同步辐射新技术在Pt SACs的高分辨解析方面的前景进行了展望.

摘要：合成气经费托合成(Fischer-Tropsch synthesis,FTs)转化为燃料和高附加值化学品是解决煤炭等资源清洁利用问题的重要途径,是现代煤化工的重要组成部分,对于降低石油进口依赖度,保证国家能源战略安全具有重要意义。钴基催化剂因活性高、链增长活性强、CO_(2)选择性低、寿命长等而成为目前研究最为广泛的FTs催化剂之一。如何通过调控表界面性质来打破还原度和分散度的依赖关系,提高催化剂的反应活性以及一定碳链范围内的产物选择性依然是高效钴基FTs催化剂开发面临的重要挑战。本文分别从结构敏感性(尺寸和晶面效应)、金属-载体间相互作用和限域效应三个方面阐述钴基FTs催化剂表界面性质调控策略的最新研究进展,以期为钴基FTs催化剂微观结构设计及反应性能调控提供理论依据。

摘要：合成气(CO、H_2)甲烷化是合成天然气的有效途径,Ni基催化剂是目前最具有工业化应用潜力的甲烷化催化剂。在催化反应过程中,由于高CO浓度、反应温度,以及原料气中的含硫组分,所以催化剂易发生积碳、烧结和硫中毒,从而导致失活。如何提高Ni基催化剂的抗硫性能、抗烧结和抗积碳能力仍是一个挑战。本文分别从金属-载体相互作用、催化剂表界面性质调控以及限域效应这三个方面综述了近年来在提高Ni基催化剂抗积碳、抗烧结和抗硫中毒性能领域的最新研究进展,以期为Ni基甲烷化催化剂微观结构设计及反应性能调控提供理论依据。

摘要：酸性质子交换膜电解水(PEMWE)是一种电流密度高、动态响应快、产氢纯度高的电解水工艺,为实现其高效工业级应用,开发廉价、高效、稳定的析氧催化剂尤为关键。本文通过两步合成法将稀土元素钇(Y)掺杂到无定形的碳载体中修饰其表面的二氧化铱(IrO_(2))颗粒。制备得到的IrO_(2)/Y_(x)C具有优异的酸性析氧反应催化活性,在10mA/cm^(2)的电流密度下所需过电位仅为270mV,低于未掺杂Y的IrO_(2)/C(300mV)以及商用IrO_(2)(310mV)。Y的掺杂强化了碳载体与其表面二氧化铱颗粒之间的金属-载体相互作用,导致了Ir活性位点周围电子密度的变化,有利于调节反应中间体的吸附,优化反应速率。这一研究成果为PEMWE中析氧过程提供了新的催化剂设计思路,有望推动PEMWE技术在清洁能源领域更广泛的应用。

摘要：氧化物载体与Cu之间的相互作用、CO2的活化位点、表面反应机理、表面反应路径直接影响CO2催化加氢的产物分布。因此,探明不同金属–载体的相互作用和界面微观结构至关重要。本文综述了CO2催化加氢合成甲醇Cu基催化剂载体的研究现状,重点综述了ZnO、ZrO2、CeO2、TiO2这4种具有氧空位的载体,并简单总结了SiO2、Al2O3、Zn-Zr、Ce-Zr、钙钛矿等其他氧化物载体。Cu与ZnO之间的强金属相互作用(SMSI)所形成的Cu/ZnOx是主要的活性位点,对其微观结构与反应机理研究得较为充分;对Cu/ZrO2的研究主要集中在ZrO2晶相的影响,不同的研究者所获得的结论尚存在争议;对Cu/CeO2的机理研究停留在反向CeO2/Cu(111)模型表面,负载型催化剂上不同晶面的CeO2与Cu的相互作用强度不同,并影响反应性能;Cu/TiO2中TiO2的影响因素较多,如晶型、晶面等,目前对其研究尚不全面。最后,本文分析并展望了CO2加氢制甲醇催化剂载体的研究方向,未来将采用与实际催化剂一致的正向模型表面进行基础研究,并基于原位表征手段对反应过程中催化剂的结构变化进行探索,最终设计高效、低成本的多元复合物载体的Cu基催化剂。

摘要：在高温逆水气变换(RWGS)反应中,开发高活性和高稳定性的金属负载型催化剂还存在巨大挑战。针对此问题,本研究采用溶液蒸发自组装法构建了Ir物种负载于α-Mo C的协同催化剂,结果表明,Ir与α-Mo C的协同效应使其在较宽的温度范围内均有较好的RWGS反应性能。特别是在500℃、0.1 MPa、300000 mL·g^(-1)·h^(-1)的反应条件下,0.5%Ir/MoC催化剂的CO_(2)转化率高达48.4%,接近CO_(2)平衡转化率(49.9%),同时,CO选择性和CO时空收率分别高达94.0%和423.1μmol·g^(-1)·s^(-1),且在100 h之内反应性能几乎没有衰减,具有优异的高温稳定性,此催化性能也超过了大多数文献报道。系列结构表征表明,Ir物种均匀地分散在α-Mo C载体上,其电子较利于转移至α-Mo C而形成金属载体强相互作用,极大地提高了催化稳定性;同时,当Ir负载量高于0.2%(质量分数)时,Ir团簇(Irn)和Ir单原子(Ir1)同时存在,与α-MoC形成了Irn-Ir1-C-Mo协同位点。其中,0.5%Ir/Mo C催化剂拥有较小尺寸的Irn和较多的Ir1,显著地促进了CO_(2)和H2的吸附和活化,并促进了甲酸盐中间体的生成和解离,从而获得了优异的RWGS性能。这项工作为设计和制备高效稳定的CO_(2)利用催化剂提供了一定的参考和指导。

摘要：费托合成可以将来源广泛的合成气转化为低碳烯烃和燃油等高附加值化学品,是后石油时代的重要化工过程,而发展高性能的催化剂是该工程产业化的关键.以具有高比表面积和高氮含量的氮掺杂碳纳米笼(NCNC)为载体,采用等体积浸渍法制备了Ru的质量分数为20%的Ru/NCNC催化剂,所得Ru纳米颗粒均匀分散,相比于未掺杂碳纳米笼负载的Ru催化剂(Ru/CNC),Ru纳米粒子尺寸更小且分布更集中.Ru/NCNC催化剂展现出优异的费托合成催化性能,在0.5 MPa和220℃的温和条件下,具有高的催化活性、高的C_(5+)选择性(55.7%)、低的CH_(4)选择性(13.5%)和高的催化稳定性(60h,CO转化率保持在≈33%),显著优于Ru/CNC.这可归因于N掺杂提高了Ru活性中心的数量和电子态密度以及表面碱性,增强了金属-载体相互作用,进而提高Ru/NCNC的催化活性、长链产物(C_(5+))选择性、抗烧结能力和催化稳定性.本研究提供了一条通过掺杂碳载体设计提升费托合成催化剂性能的有效策略.

摘要：负载型Rh基催化剂是实现由煤或生物质经合成气制乙醇等C2含氧化合物过程的最高效催化剂之一,其中载体的选择至关重要。本文综述了硅胶、Al2O3、TiO2、多孔炭材料、分子筛和复合氧化物等载体负载的Rh基催化剂性能及其研究进展,阐明了载体中的杂质、孔道结构、酸碱性、表面基团性质和可还原性等性质如何影响催化剂活性组分的物化性质乃至催化性能。结果表明,载体与活性组分(助剂)间的相互作用机制和程度是理解载体效应的关键。因此,应设计和制备出具有适宜孔结构、表面活性和可还原性适中、略偏碱性的催化剂载体,同时细致优化催化剂制备和活化过程,以达到适宜的金属-载体相互作用,确保产生更多的催化活性位,从而最大限度地提高Rh的催化效率,推动该过程的工业化进程。