廉價甲烷干重整催化劑降低溫室氣體轉化成本
甲烷、二氧化碳等溫室氣體的增加導致溫室效應的加劇，進而引發了全球變暖的問題。綜合利用甲烷和二氧
化碳對緩解溫室效應改善氣候環境具有重要意義。其中甲烷干重整反應是一種可行的方法，它可以同時轉化甲烷
和二氧化碳兩種溫室氣體，生產合成氣，在緩解溫室效應的同時也為甲醇等費托合成提供原料氣。此外，通過調
節反應條件和催化劑，可以實現高效轉化和選擇性合成，進一步提高其經濟性。然而，甲烷干重整反應是強吸熱
反應，需要在高溫條件下進行。在高溫反應條件下，催化劑表明容易生成積碳或者引起活性金屬燒結。通過合適
的催化劑設計和處理方法，可以降低這些問題的影響，并提高甲烷干重整反應的效率。因此，開發廉價易得、性
能優良的甲烷干重整催化劑是近年來研究者們研究的重點。
為解決高溫條件問題，催化劑的性能優化成為關鍵。目前，催化劑性能的優化主要從以下幾方面進行：一是
對活性金屬粒徑和分散性進行調控；二是增強金屬-載體間的相互作用；三是進行調節活性金屬表面的微環境。
這些方法的目的都是增加活性金屬與反應物之間的接觸幾率，從而提高催化劑的活性和選擇性。研究已經發現，
在載體中構建限域結構是實現催化劑性能優化的有效方法之一：一方面通過特定的幾何結構可以限制活性金屬的
生長和聚集；另一方面通過活性金屬和限域結構間的界面電子效應可以有效增強活性金屬和載體間的相互作用。
近日，太原理工大學教授張國杰團隊開發了一種出廉價且具有高活性和穩定性的鈷基/富缺陷生物質炭材料
催化劑，該成果以《鈷基生物質炭材料催化劑氮摻入-蒸發導致的結構缺陷對甲烷干轉化的影響》為題在Fuel期
刊發表。
該團隊以生物質豆粕為制炭前驅體，通過引入外部氮源三聚氰胺，將氮原子導入生物質炭骨架中，隨后利用
高溫和缺陷誘導劑共同作用，將引入碳骨架中的外部氮原子和生物質炭材料中的固有氮原子蒸發，從而形成缺陷
結構。團隊進一步以富缺陷生物質炭材料為載體制備負載活性金屬鈷制備了新型干重整催化劑。缺陷結構的限制
效應有效阻止了鈷位點的聚集，缺陷結構中的未配對電子增強了載體的堿性，有效促進了對酸性氣體二氧化碳的
吸附和活化，同時也改善了被錨定鈷位點的電子環境，提升了催化劑表面催化活性中心鈷物種的含量。從而使鈷
基/富缺陷生物質炭材料催化劑展現出良好的催化性能。本研究為廉價高效干重整催化劑的開發提供了一種新策略。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.129752
