从碳经济的角度来看，通过自给自足的减少气体污染物(例如CH₄)将二氧化碳（CO₂）转化为化学品和燃料的前体是有吸引力的。使用有限的还原气体尽可能多地减少CO₂将是理想的，但普通干法重整(DRM)计划往往需要消耗化学当量的甲烷用于CO₂还原。

近日，浙江大学肖丰收教授，王亮报道了一种甲烷还原度达到2.9 mol_CO2mol_CH4⁻¹的DRM工艺，该值满足了最大限度地利用富CO₂天然气中碳的要求。

文章要点

1）研究成功的关键是使用了一种将纳米镍固定在铝硅酸盐MFI沸石(Ni@HZSM-5)晶体中的催化剂。采用无溶剂、晶种定向的晶化方法合成ZSM-5沸石时，镍纳米颗粒被固定在沸石晶体中。然后将种子按Ni/SiO₂/Al₂O₃/四丙基氢氧化铵/水的摩尔比0.015/1.0/0.01/0.1/1.72加入铝硅酸盐凝胶中。由于带有晶种的沸石结晶遵循核-壳生长机制，新形成的沸石骨架在含有镍纳米颗粒的晶种周围生长，从而将它们固定在沸石晶体中。在去除有机模板剂之前，通过盐酸处理去除沸石晶体外表面的镍物种，以获得理想的核壳结构。Si/Al原子比为~50的质子状ZSM-5沸石中固定的纳米镍样品命名为Ni@HZSM-5，镍质量分数为~1.02wt%。

2）研究发现，这种催化剂能够通过分子筛微孔中的氢溢出保持纳米镍周围高密度的活性氢物种，最大限度地将二氧化碳还原为CO，并阻止不需要的WGS。

3）该工艺实现了每摩尔二氧化碳113.6 kJ的能耗降低，比传统的二氧化碳和甲烷化学计量转化的直接还原工艺低31.9%。此外，刚性沸石骨架可以最大限度地减少结焦，防止镍烧结。

参考文献

Zhu, Q., Zhou, H., Wang, L. et al. Enhanced CO2 utilization in dry reforming of methane achieved through nickel-mediated hydrogen spillover in zeolite crystals. Nat Catal (2022).

DOI：10.1038/s41929-022-00870-8

https://doi.org/10.1038/s41929-022-00870-8