甲烷蒸气重整（MSR）是从天然气制备合成气和氢气的重要方法，由于目前氢气在燃料电池中的重要性显著提高，因此亟需发展催化反应活性更高、操作温度更低的催化剂。Ni剂催化剂由于高活性和低价格具有较高的前景，但是Ni基催化剂面临着积碳问题难以解决。有鉴于此，布鲁克海文国家实验室José A. Rodriguez、西班牙催化与石油化学研究所M. Verónica Ganduglia-Pirovano、布宜诺斯艾利斯大学Beatriz Irigoyen等报道通过近常压XPS表征发现Ni/CeO₂(111)催化剂界面上CH₄/H₂O混合气体反应在300 K生成OH、CH_x、CH_xO。在低于700 K的温度，这些物种在容易形成的同时，也非常容易脱附。

对于低担载量Ni/CeO₂催化剂，其催化位点具有独特性质，因为金属相、基底之间相互作用导致，因此改善CH₄切断C-H键、H₂O分子切断O-H键，能够有效的抑制生成积碳。

本文要点：

（1）

通过DFT建模计算，对CeO₂上担载较小粒径Ni金属纳米粒子，甲烷完全脱氢形成积碳、界面水分子对甲烷的活化两个过程相对能垒在0.3~0.7 eV，水分子活化生成的羟基通过形成COH中间体随后生成CO过程的能垒为0.9 eV，这个能垒低于CeO₂晶格氧参与过程的能垒。这种OH辅助生成CO的过程由于具有较低的能垒，导致难以发生积碳反应。

（2）

Ni和CeO₂基底之间的相互作用、较低的金属担载量对于无积碳催化过程非常重要。本文研究结果为设计先进、稳定的Ni基制氢催化剂提供经验和指导。

参考文献

Agustín Salcedo, Pablo G. Lustemberg, Ning Rui, Robert M. Palomino, Zongyuan Liu, Slavomir Nemsak, Sanjaya D. Senanayake, José A. Rodriguez*, M. Verónica Ganduglia-Pirovano*, and Beatriz Irigoyen*, Reaction Pathway for Coke-Free Methane Steam Reforming on a Ni/CeO₂ Catalyst: Active Sites and the Role of Metal–Support Interactions, ACS Catal. 2021, 11, 8327–8337

DOI: 10.1021/acscatal.1c01604

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c01604