CO2甲烷化催化剂的研究进展

杨颂, 李正甲, 杨林颜, 岑洁, 姚楠

摘要：CO₂甲烷化反应因其可以将温室气体CO₂转化为清洁能源(CH₄)而受到广泛关注。本文介绍CO₂甲烷化反应的机理与热力学研究进展，分析CO₂甲烷化催化剂活性中心、粒子尺寸和载体效应对催化剂反应性能的影响规律。介绍了高熵合金、溶出型金属等新型催化剂在CO₂甲烷化反应中的应用，总结了影响 Ni基CO₂甲烷化催化剂反应稳定性的2个主要因素(粒子烧结和硫中毒)以及提高 Ni 基催化剂抗烧结和抗硫中毒的举措(利用限域效应、添加CeO₂等)，从而为新型CO₂甲烷化催化剂的研究和开发提供理论基础。最后，对CO₂甲烷化催化剂的研究开发进行了展望。

关键词：二氧化碳；甲烷化反应；金属活性中心；反应稳定性；Ni基催化剂

1 前言 

        全球化石燃料的大量燃烧导致排放到大气中的二氧化碳急剧增加，加剧温室效应，造成大规模的自然灾害。由于二氧化碳(CO₂)占温室气体排放总量的 80% 以上，因此CO₂减排引起研究者们的高度关注。减少CO₂排放主要依靠如图 1 所示的2种途径：(I)碳捕获和封存(carbon capture and storage，CCS) 和 (II) CO₂利用 (carbon capture and utilization，CCU)。虽然CCS技术在减少二氧化碳排放方面可行，但它需要在靠近CO₂排放来源处进行CO₂封存，或者将捕获的CO₂运输到储存地，这降低了该过程的效率。相比较而言，CCU被认为是替代CCS 的一种可行方案，通过电化学、热催化、光化学、生化等方法，可以将二氧化碳转化为具有商业价值的产品，例如一氧化碳、甲烷、甲醇和碳氢化合物。

       CO₂甲烷化反应(CO₂+4H₂ → CH₄+2H₂O，焓变 ΔH = −165.0 kJ·mol⁻¹ ) 可以利用大气中大量的 CO₂，生成清洁能源甲烷来满足人类的能源需求。因此，CO₂甲烷化反应被认为是一种利用CO₂的有效途径。根据热力学研究，CO₂甲烷化反应是一个放热反应。

该反应在25至400 ℃的低温范围内是有利的， 但动力学限制了它的工业应用。因此，CO₂在低温下加氢生成甲烷必须采用高效催化剂来实现。因此，本综述分别从CO₂甲烷化反应机理和热力学研究、影响 CO₂甲烷化催化剂活性、选择性和反应稳定性几方面介绍了适用于CO₂甲烷化反应的催化剂的研究进展。

2  CO₂甲烷化反应机理和热力学研究 

       CO₂甲烷化的反应机理主要有以下 2 种：1) CO₂首先被解离成反应中间体(CO(ads))，之后 CO(ads) 被直接解离或H辅助 CO(ads)解离生成 CH₄；2) RWGS 途径。CO₂首先与载体表面羟基反应生成碳酸氢盐，然后在金属粒子附近(很可能在金属/载体界面上)形成甲酸盐，进而与吸附的 H 快速反应生成吸附 CO，其中只有一部分CO与吸附H反应，最终生成CH₄。另一部分非活性CO物种，主要以双羰基形式存在，吸附在低配位活性金属上。尽管CO₂甲烷化反应比较简单，但其反应机理仍未明确，有待进一步研究。其中通过热力学方法是研究CO₂甲烷化反应机理的方法之一。

          Hussain等研究了不同温度下CO₂甲烷化及其副反应的平衡常数 ln K、吉布斯自由能变ΔG、熵变ΔS和ΔH等热力学参数(见表1)。表中t为温度，p为压力。研究结果表明，CO₂甲烷化反应(1)、CO₂还原反应(2)、Boudouard反应(7)、CO甲烷化反应(9)和CO还原反应(11)的 ln K为正值，而ΔG和ΔH为负值，表明这些反应具有很强的自发性并且是放热反应，是CO₂甲烷化反应过程中最可能和最主要的反应。而逆水煤气变换反应(4)、甲烷干重整反应(6)和CH₄裂解反应(8)的 ln K值为负，而ΔG和ΔH为正值，表明这些反应在低温条件下是吸热反应并且是不自发的。随着反应温度升高，一些副反应开始发生。例如CH₄裂解(8)。且在 450~500 ℃，可以发生CO₂加氢反应(5)和 CO加氢制乙烷反应(12)。但反应温度超过 500 ℃后，上述反应都会减弱。

       基于上述研究结果，可以发现CO₂甲烷化其实是一个复杂的反应过程。因此，为了在CO₂甲烷化反应过程中获得较高的CO₂转化率与CH₄选择性，必须对反应条件进行优化。根据Le Chatelier 原理，通过改变不同的反应参数(如温度 t、原料气中H₂与CO₂物质的量比 n(H₂)/n(CO₂)和压力p)来调控CO₂甲烷化反应性能。研究表明，在反应温度低于 600 ℃的条件下，由于CO₂甲烷化是放热反应，CO₂转化率随着温度的升高而降低，但随着压力的增加而增加。当 CO₂ 甲烷化反应压力为105 Pa且反应温度超过 600 ℃ 时，由于逆水煤气反应在 600 ℃以上逐渐占主导地位，CO₂转化率会逐渐增加，从而消耗了CO₂。反应温度在 400 ℃以下时，产物甲烷选择性基本稳定在 100%，但是当反应温度高于 400 ℃时，可以观察到甲烷选择性随着反应温度的升高而逐渐降低。

       Miguel等研究了 n(H₂)/n(CO₂)的影响。在给定的压力条件下，CO₂转化率随着温度的升高而降低，但随着 n(H₂)/n(CO₂)的增加而增加。他们进一步发现，除了在低压和 n(H₂)/n(CO₂) = 2时，CH₄选择性随着温度和 n(H₂)/n(CO₂)的增加而增加。当 n(H₂)/n(CO₂)=4时，除了在低压和高温条件下通过吸热的逆水煤 气变换反应生成少量 CO外(CO 产率 Y_CO < 1%)，CH₄选择性几乎可以达到 100%。除了 CO和 CH₄ 以外， 固体碳(焦炭)也有可能生成，并且低 n(H₂)/n(CO₂)和较低的反应温度有利于碳的形成。因此，采用 n(H₂)/n(CO₂) = 4 对CO₂甲烷化反应是最有利的。综上所述，虽然CO₂甲烷化是涉及多个影响甲烷总收率竞争副反应的复杂过程，且其机理尚存在争议。但现有的研究结果表明，通过适当改变CO₂甲烷化反应参数(例如：t ≤ 400 ℃，n(H2)/n(CO₂) = 4)，可以优化CO₂甲烷化反应性能。

3 影响CO₂甲烷化催化剂活性、选择性的因素 

3.1 金属活性中心类型的影响 

3.1.1 单金属催化剂

       甲烷化催化剂常用的金属组分主要有 Ni，Fe，Co，Ru，Rh。Ru 基催化剂是甲烷化反应活性较高的催化剂之一。例如：Roldan等制备了掺氮碳纳米纤维负载型Ru催化剂，可在CO₂甲烷化反应过 程中储存大量的 CO(ads)，进而具有较高的甲烷产率和稳定性。Sun等制备的 Ru/rod-CeO₂-MgO 催化剂具有较好的 Ru纳米颗粒分散度和较强的金属-载体相互作用，且其CO₂甲烷化反应过程不需要通过碳酸盐中间体释放气相CO₂，因此具有较高的CO₂甲烷化反应性能。Rh也是常用于CO₂甲烷化反应的贵金属。Cao等制备了具有不同晶相的 Rh/TiO₂催化剂，他们发现具有P25晶型的1% Rh/p-TiO₂催化剂的 CH₄选择性最高。Franken等以Na-13X分子筛为载体制备的Fe基催化剂(F质量分数为1%的Fe/13X)中Fe物种主要以八面体配位的形式分散并以低聚形式存在，使得该类型催化剂具有较高的水热稳定性，在反应过程中既不会形成更大的Fe聚集体，也不会形成 Fe₃C晶相，所以具有较高的CH₄选择性。Nguyen等选择了Co作为 CO₂甲烷化反应的活性金属，并采用共沉淀法制备了不同温度焙烧的 Co_0.1Ce_0.9O_x 催化剂。研究结果表明，Co_0.1Ce_0.9Ox 催化剂中强化学吸附的CO₂量随焙烧温度的升高而减少，因此低温焙烧的 Co_0.1Ce_0.9Ox(300) 催化剂的CO₂甲烷化反应活性最高。与上述Ru、Rh、Co和Fe基催化剂相比，Ni基催化剂的CO₂甲烷化反应活性低于Ru和Fe基催化剂，但是高于Co和Rh基催化剂(Ru > Fe > Ni > Co > Rh)，但是其 CH₄选择性最高(Ni > Rh > Co > Fe > Ru)。表2综述了上述5种活性金属在CO₂甲烷化反应中的优缺点。综合考虑催化剂价格、反应活性和反应选择性，Ni 基催化剂是CO₂甲烷化 反应最常用的催化剂。

3.1.2 双金属催化剂

       在CO₂甲烷化反应中双金属催化剂的反应性能 通常优于相应的单金属催 化剂。因此，金属Ni通常与其他活性金属结合以制备双金属催化剂。例如：与 Ni基催化剂相比，Ni-Fe催化剂具有更高的CO₂甲烷化反应活性。Pandey等的实验结果表明，当催化剂中金属质量分数为 75% Ni和25% Fe时，反应活性最佳。与仅以Ni为活性中心的催化剂相比，Ni-Fe催化剂能形成提高反应性能的合金相(如Ni₃Fe)。同时，还原后的Ni-Fe催化剂上存在Fe₃O₄物种，Fe₃O₄对碳酸盐具有较强的吸附能力，这也为提高反应性能提供了有力支持。Co是另一种常用于制备Ni基CO₂甲烷化催化剂的助剂。Guo等制备了几种不同Co、Ni物质的量比的 Ni-Co/SiO₂催化剂。他们发现，采用更高的钴助剂量可提高催化剂的反应活性，并且当 Co、Ni 物质的量比为 0.4 时的催化剂反应性能最佳。Liu 等制备了具有有序介孔结构的 Ni-Co/Al₂O₃ 催化剂。实验结果表明，添加 Co 物种能显著提高催化剂的化学吸附H₂ 量，所制备的 10N3COMA 催化剂(NiO 的质量分数为 10%，Co₃O₄ 的质量分数为 3%)在 400 ℃时CO₂转化率达到 78%， CH₄选择性为 99%。同时，多孔有序结构的限域效应使催化剂在500 ℃反应中具有较好的抗烧结性能。 Le等采用共浸渍法制备了Ni-X(X = Mn、Ce、Zr、Mg、K、Zn、V)/Al@Al₂O₃催化剂，考察了不同金 属助剂对反应性能的影响规律。研究结果表明，Mn、Ce、Mg、V和Zr助剂通过改善 Ni 分散性来提高催化剂的甲烷化反应活性，其中Mn促进作用最为显著。但是添加K或Zn助剂可导致催化剂Ni活性位和碱性位数量减少，从而对 CO₂甲烷化反应性能产生负面影响。上述研究结果表明，添加 Fe、Co、Mn 等过渡金属助剂能够通过提高金属 Ni 分散性、增强对碳酸盐的吸附能力或提高化学吸附H₂量等途径改善 Ni基催化剂CO₂甲烷化反应性能。

       Ru是适用于CO₂甲烷化反应中活性最高的金属。同时，研究发现 Ru能显著提高 Ni催化剂的还原性，改善金属 Ni 分散性，从而提高甲烷化反应活性。例如，Bustinza 等制备了整体式低 Ru 含量的双金属 Ni-Ru 催化剂。他们将 Ni 和 Ru前驱体均匀分散在 Al₂O₃ 涂层上，对比了 2 种不同金属浸渍顺序的催化剂，发现先浸渍 Ni 再浸渍 Ru 的催化剂活性较高，该催化剂活性中心主要由粒径为 2~4 nm Ni颗粒组成。与其他催化剂相比，这种纳米结构使钝化后的催化剂具有最高密度的中等强度碱性位点和最高的 Ni 氧化度，从而提高了甲烷化反应性能。Swalus等研究发现，Rh 质量分数为1%的催化剂(1% Rh/γ-Al₂O₃)对CO₂的吸附能力强，而 Ni 质量分数为 1% 的催化剂(1 % Ni/AC)能吸附大量 H₂。将 1% Rh/γ-Al₂O₃ 和 1% Ni/AC 催化剂进行机械混合后，活性氢物种能从 1% Ni/AC 催化剂向 1% Rh/γ-Al₂O₃ 迁移。这种氢物种不仅可以与CO₂反应生成甲烷，还可以使 Rh 颗粒保持还原状态。因此，通过简单机械混合将催化剂组合在一起，即可增加催化剂的CO₂转化率和甲烷选择性。基于上述分析，除了提高催化剂的还原性和分散性以外，助剂还能通过促进H₂ 溢流的方式提高CO₂甲烷化催化剂的反应性能。

3.1.3 高熵合金催化剂

       与传统负载型金属催化剂相比，高熵合金催化剂因为多种金属间的相互作用及其他特殊性能近年来被应用于CO₂甲烷化反应中。与传统合金不同，高熵合金由多个主要金属元素组成。Yeh等假设，以接近等原子比存在的多个金属元素将增加混合的构型熵，其量足以克服化合物形成的焓，从而阻止潜在金属间化合物的形成。由此他们得到了高熵合金(high entropy alloys，HEAs)这一类有 5 种或 5种以上金属元素组成，且金属含量相对较高。在高熵合金催化应用领域，Mori等发现，在TiO₂载体表面，贵金属(Ru或Rh)表面所生成的具有高还原潜力的氢物种可溢流到非贵金属(Ni或Cu)处并将其还原，借助 TiO₂载体上这种氢溢流效应和耦合的质子/电子转移驱动作用，在 400 ℃低温条件下就能够合成圆锥形 CoNiCuRuPd HEAs 纳米粒子，并在CO₂加氢反应中表现出较高的活性和优异的稳定性。然而，目前在传统催化剂载体上如何制备纳米尺寸的 HEAs 仍然具有挑战性。除传统热催化之外，高熵合金催化剂在电催化CO₂转化反应上也有应用。Nellaiappan等制备了 AuAgPtPd-Cu 高熵合金(见图 2)，并发现该材料在高效电化学还原CO₂中具有前所未有的催化活性。虽然催化剂中存在多种元素，但其电催化活性主要还是因为 Cu²⁺/Cu⁰的存在，其他金属只起到协同作用。在低电压(−0.3 V RHE(可逆氢电极))反应条件下，CO₂到气体烃产品可达到 100% 转化率，从而突出了 HEAs 材料的独特性。

3.1.4 溶出型金属催化剂

       除高熵合金外，溶出型金属材料(纳米尺寸的金属粒子在还原条件下或施加适当的电位后，可以从晶格中溶出到表面)由于具有良好的电子导电性、结构稳定性等特点而被应用于二氧化碳催化转化过程中。Arandiyan等使用外溶法在三维有序大孔(3DOM)铝酸镧钙钛矿催化剂(Rh-Ni/LAO)上设计并制备了高效的 Rh-Ni合金(图3)。他们发现，Ni-Rh 纳米粒子高度分散在多孔钙钛矿的外表面和内表面。由于三维多孔材料的限域效应、金属-载体相互作用和 Ni-Rh 合金效应的综合优势提高了该催化剂的CO₂甲烷化反应活性和稳定性。同时，Ni-Rh/LAO 催化剂表面富含的吸附氧物种和碱性中心对CO₂的强吸附起到了重要作用， 从而提高了催化剂的CO₂甲烷化反应活性。Thalinger 等采用 Ni-La_0.6Sr_0.4FeO_3-δ(lanthanum strontium ferrite, LSF)和 Ni-SrTi_0.7Fe_0.3O_3-δ(strontium titanium ferrite, STF)2个复合Ni-钙钛矿材料为催化剂，对CO₂/CO 甲烷化反应中的金属-载体相互作用及其影响进行了研究。研究结果表明，在 LSF 载体上，LSF 载体更容易被还原，因此 Ni-LSF 催化剂的 Ni-Fe 合金化程度更高。而与Ni/Al₂O₃ 催化剂相比，其催化活性较差。相比之下，STF 载体还原性较差，Ni-Fe合金化程度较低，而与Ni/Al₂O₃ 催化剂相比，其催化性能相似。

       综上所述，相较于传统单金属与双金属催化剂，高熵合金和溶出型金属催化剂利用多种金属间、金属-载体间相互作用、三维多孔材料的限域效应以及对CO₂ 更强的吸附能力等性质在热催化以及电催化CO₂甲烷化领域均具有优异的反应性能，是未来CO₂甲烷化催化剂的研究方向之一。

3.2 金属粒子尺寸和载体效应 

       多相催化反应中活性金属粒子的尺寸对金属粒子的电子和几何结构起着关键作用。Wang等采用固定 Ni负载量的方法，考察了粒径为 3.5~7.5 nm 内金属 Ni粒子尺寸对CO₂甲烷化反应的影响。研究结果表明，减小金属Ni粒子尺寸增加了缺陷位，有利于CO₂吸附和活化，从而提高CO₂向CH₄的转化率，同时能抑制CO副产物的生成。因此，较小的金属Ni粒子表现出更高的CO₂甲烷化反应活性，而较大的金属Ni粒子更容易形成CO副产物。 Liu等研究表明更小的 Ni颗粒可以提供更多的活性中心 和更大的 H₂吸附容量。上述研究结果说明减小金属Ni粒子尺寸有利于提高催化剂的CO₂转化率和 CH₄ 选择性，因此开发具有较小Ni⁰粒子的催化剂是提高CO₂甲烷化反应性能的重要研究方向。

       在另一方面，对于CO₂甲烷化反应最常用的负载型Ni基催化剂，载体对催化剂结构、CO₂吸附和活化、甲烷化反应机理及其失活过程都具有影响。Riani 等认为根据酸碱性质和助剂分布情况优化催化 剂载体是开发高选择性CO₂甲烷化催化剂的基础。因此，他们在载体中添加 La₂O₃来制Ni基催化剂。对于 Ni/SiO₂-Al₂O₃ 催化剂，由于在 Al₂O₃ 载体中添加Si元素可导致其 CO₂甲烷化活性低于 Ni/γ-Al₂O₃ 催化剂。而在 SiO₂-Al₂O₃ 载体的基础上进一步添加 La₂O₃ 助剂可调整其表面酸碱性，且添加 SiO₂ 可抑制钙钛矿相的形成以稳定载体形貌，从而允许负载较高含量的La₂O₃以更好地调控催化剂酸-碱性质，其中含 37% La₂O₃的催化剂具有较高的甲烷化反应活性。Pandey等比较了不同金属氧化物载体(Nb₂O₅、Al₂O₃、 SiO₂、ZrO₂、TiO₂)对 Ni-Fe 催化剂活性的影响。实验结果表明，以 Al₂O₃为载体制备的催化剂因其对CO₂的吸附能力最强，所以活性最高。Espino等对所制备的 Ni/ZrO₂，Ni/Mg(Al)O 和Ni/SiO₂ 进行了CO₂甲烷化反应性能评价，发现 Ni/ZrO₂ 催化剂由于在低温下具有更多的氧空位，因此对CO₂甲烷化反应具有最高的活性和选择性。

4 影响催化剂稳定性的因素 

       虽然Ni基催化剂在CO甲烷化反应中通常由于积炭较为严重而导致失活，但在CO₂甲烷化反应中导 致失活的主要原因并不是催化剂积炭，而是催化剂中毒和金属粒子烧结。

4.1 催化剂中毒

       反应原料气中的硫杂质是导致Ni基甲烷化催化剂快速且不可逆失活的一个主要原因。Agrawal等通过俄歇电子能谱(AES)表明，硫中毒后的 Ni/Al₂O₃催化剂的电子性质与无硫中毒的 Ni/Al₂O₃催化剂相比没有变化。Wolf等对新鲜和硫中毒的Ni/Al₂O₃ 催化剂进行了分析，他们发现硫中毒主要是几何效应 (阻断反应活性位)，而不是电子效应，从而验证了Agrawal等人的观点。Czekaj等通过密度泛函理论计算表明，不同的含硫物种(例如：COS，H₂S，OHOCS或SHOCO)能稳定吸附在Ni和氧化铝载体上。而Alarcón等发现含CeO₂的Ni/Al₂O₃催化剂具有较好的抗H₂S中毒能力，这主要是通过形成 Ce₂O₂S 晶相以限制硫化镍的形成。

4.2 金属粒子烧结

        Renda 等在制备CO₂甲烷化 Ni 基催化剂时，选用缓慢热解、CO₂活化后得到的活化生物炭作为载体。他们的实验结果表明，生物炭本身并没有参与甲烷化反应，但是由于 Ni 粒子烧结导致了催化剂失活。 在另一方面，CeO₂ 对载体的改性是提高催化剂性能的关键。他们发现催化剂的失活程度顺序依次为 BCNi > BCNiCe₁₀ = BCNiCe₃₀ > BCNiCe₅₀，表明加入 CeO₂ 能够有效提高催化剂的反应稳定性。这是因为添加 CeO₂ 不仅可以促进CO₂活化来提高催化剂反应性能，而且可以通过增加 Ni-载体间相互作用改善反应稳定性。

       Gödde 等采用浸渍、焙烧和还原的方法将质量分数为 10%~50% 的 Ni 纳米粒子负载在掺氮碳纳米管上。由于 N 掺杂碳纳米管的锚定作用，尽管 Ni 负载量很高，但 Ni粒子粒径仍然小于 10 nm。同时，该催化剂在 Ni 质量分数为 10%~50% 的负载量具有相似的催化性能，但负载质量分数为 30% 的 Ni 催化 剂在 100 h反应时间内表现出较高的稳定性。Sun 等采用水热法制备了以钇修饰的 CeO₂为载体的负载型 Ni(质量分数为 5%)催化剂。钇掺杂促进了 CeO₂粒径的减小和 CeO₂纳米棒的形成，增加了CeO₂载体 的比表面积和氧空位数，增强了金属-载体的相互作用。结果表明，与其他催化剂相比，当钇质量分数为 2% 时催化剂中能够活化CO₂的氧空位数量最多，并且具有最强的金属-载体间相互作用，从而能够抑 制 Ni 活性中心烧结，使催化剂具有较高的CO₂甲烷化反应性能。

       利用限域效应是另一种避免金属粒子烧结的方法。例如 Vrijburg 等将胶体 Ni纳米粒子包覆在介孔二氧化硅载体中，发现Ni的烧结受到很大的抑制。经过 70h CO₂甲烷化反应后，金属 Ni 粒子的粒径基本不变。Lin 等以 MOF 为前驱体制备了Ni@C材料。MOF 衍生的Ni@C粒子具有独特的空心和多孔结构，可以为CO₂ 吸附/活化和氧化还原过程提供高的比表面积和丰富的活性位点。因此，该 Ni@C催化剂在低温、常压的CO₂甲烷化反应条件下，具有较高的活性、选择性和良好的反应稳定性。

       综合以上研究报道可以发现，通过对载体的修饰(例如：添加 CeO₂、掺氮等)以形成新的晶相(例如：形成 Ce₂O₂S 晶相以限制 NiS 形成)或增强金属-载体间相互作用是提高CO₂甲烷化催化剂抗硫中毒性、抗烧结能力的有效方法。除此以外，还可通过限域结构为金属活性中心提供物理屏障，以抑制金属粒子长大，这也是提高CO₂甲烷化催化剂抗烧结性能的重要途径。

5 结论和展望 

       通CO₂甲烷化反应能够大量回收利用二氧化碳，对于实现“碳达峰，碳中和”具有重要的意义。围绕适用于CO₂甲烷化反应的催化剂的研究进展，本综述主要介绍了催化剂活性中心、粒子尺寸和载体效 应对CO₂甲烷化反应性能的影响规律，以及影响 Ni基CO₂甲烷化催化剂反应稳定性的2个主要因素和相应的改善方法。虽然已经积累了一定的研究成果，但是CO₂甲烷化反应过程涉及众多反应， CO₂甲烷 化的反应机理尚未完全明确，须结合多种原位表征技术、瞬态动力学和理论计算等研究手段，以揭示和明晰CO₂甲烷化的反应机理，为高性能催化剂的开发提供理论指导。

       此外，大量研究已经表明，高分散的金属粒子往往具有较高的CO₂甲烷化反应活性和 CH₄ 选择性。 因此，如何进一步提高金属粒子分散度、还原度以及在反应过程中的稳定性是提高 Ni 基催化剂低温反应 活性和改善反应稳定性的关键。相较于传统负载型 Ni 基催化剂，高熵合金和溶出型金属催化剂由于独特 的多种金属间、金属-载体间相互作用而在热催化以及电催化CO₂甲烷化领域具有优异的反应性能，是未来CO₂甲烷化催化剂研究开发中值得关注的方向之一。除了金属活性中心，催化剂载体表面的酸碱性以及氧空位浓度对CO₂吸附能力具有重要影响，也是影响 Ni 基催化剂低温反应活性的关键因素。因此，在高效CO₂甲烷化催化剂研究开发工作中，尚需综合考虑金属活性中心和载体的性质，进一步揭示催化剂金属活性中心的表界面性质、电子结构、金属-载体相互作用、载体表面性质(例如：酸碱性、氧空位浓度)对CO₂甲烷化反应性能的影响规律以及催化剂构效关系，为开发具有较高低温反应活性、CH₄选择性和稳定性的新型催化剂提供理论指导，进而为CO₂甲烷化反应的商业化应用奠定基础。

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