碳氢化合物在能源生产和运输中的大量使用，带来了温室效应和环境污染等问题。为了解决这些问题，发展碳的捕获、储存和利用技术是十分必要的，有望将通过能源生产而排放的碳进行回收和再利用。尽管研究人员已经知道并改进了许多能够将CO₂从废物转化为增值化学品的催化转化方法，然而捕获二氧化碳的成本使得这些技术在经济上还不可行。而将CO₂与其他廉价而丰富的原料（例如天然气）进行共处理可能会带来新的应用方向。甲烷干重整，即CO₂和CH₄之间反应生成合成气（CO和H₂的化学计量混合物）的反应，早在一个世纪前就被发现，然而在近25年中，该反应才得到重视和进一步的发展。因为：（i）这种技术可以通过将生成的合成气连续转化为燃料来再循环CO₂，并且（ii）甲烷干重整的高吸热性将使可再生能源得到有效的储存。然而，与许多其他催化过程一样，缺乏高效，抗积碳，成本效益高且稳定的催化剂阻碍了该技术的广泛应用。

有鉴于此，沙特阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)催化中心Jorge Gascon等人，讨论了甲烷干重整催化剂技术的研究进展，并评述了最近发表在《Science》中的“Dry reforming of methane by stable Ni–Mo nanocatalysts on single-crystalline MgO”一文。

本文要点

1）在最近的《Science》论文中，KAIST的Youngdong Song等一种单晶MgO为载体，设计制备了高稳定性单晶MgO负载Ni-Mo纳米催化剂，不仅可以高效催化甲烷干重整，而且具有很好的抗积碳性能。

2）Cafer T. Yavuz等人最初怀疑（后来得到证实），非晶态的高缺陷MgO载体可能会改变预期的甲基阴离子（CH^3-）和CO₂之间的氧化还原反应，最终导致积碳形成和烧结。因此，他们设计制备了单晶MgO载体。原位TEM显示，单晶MgO（111）的高能台阶边缘可以稳固地锚定Ni-Mo纳米颗粒，抑制其烧结。所得的“单晶边缘纳米催化剂”（NOSCE）在反应条件下长达850小时表现出稳定的催化性能。

3）从工业角度来看，甲烷干重整仍面临的问题包括：（i）高压操作非常必要，因为这将导致生产高压合成气，这对于将合成气进一步转化为其他原料是必需的；（ii）生产符合所需的化学计量的合成气。

参考文献：

Adrian Ramirez et al. Support Was the Key to Success, Joule, 2020.

DOI: 10.1016/j.joule.2020.03.009

https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.03.009