CH₄/CO₂ 干法重整为大规模固碳提供了一条有前景且经济可行的途径；然而，催化剂的焦化和烧结仍然是一个根本性的挑战。

有鉴于此，中国科学院福建物质结构研究所谢奎研究员等人，在多孔单晶 MgO 块表面稳定了单晶 Ni 纳米颗粒，并展示了从CH₄/CO₂干重整合成气的定量生产。

本文要点

1）提出了一种“纳米多孔单晶块上单晶”的新策略，将单晶纳米粒子稳定在多孔单晶MgO块表面，以增强CH₄/CO₂的干重整制合成气。直接在O₂/Ar气氛中在 150-600 Torr 和 700-1000℃的温度下处理母体 MgF₂ 单晶 100-500 小时以生长多孔 MgO 单晶。在 MgF₂ 晶格中通过晶格通道去除 F 原子的能量势垒为 0.38-6.36eV，与Mg相连的F元素的去除可能导致 Mg-F 多面体的坍塌和 F 元素在高温真空环境中从晶格中蒸发。

2）同时，O会取代F在晶格中形成亚稳定的Mg-O结构，Mg-O键的生成能低至0.04-4.10eV。在高温下，亚稳定的Mg-O结构会在结晶过程中重构为稳定状态。从MgF₂到MgO的晶格收缩是孔隙结构形成的主要原因。

3）研究发现该催化剂性能耐久性极佳，即使在700℃下连续运行 500 小时后，CH₄/CO₂也能完全转化。Ni-MgO界面具有良好的催化活性，有利于重整反应，提高抗结焦性。

总之，该工作为碳回收提供一条工业和经济上可行的途径，而“多孔单晶块上的纳米晶体”技术可以为许多具有挑战性的反应提供稳定的催化剂设计。

参考文献：

Fangyuan Cheng et al. Dry reforming of CH4/CO₂ by stable Ni nanocrystal on porous single-crystalline MgO monoliths at reduced temperatures. Angew., 2021.

DOI: 10.1002/anie.202106243

https://doi.org/10.1002/anie.202106243