摘要
近几十年来，能源危机和温室效应不断加剧，二氧化碳和甲烷作为最主要的温室气体，其转化利用引起了研究人员的极大兴趣，而甲烷二氧化碳（干式）重整（DRM）反应被认为是最有前景的途径之一。Ni基催化剂由于其价格低、DRM反应活性高的优势而受到广泛关注，其分散度被认为是影响催化性能的决定性因素之一。本论文利用简单的甘氨酸辅助浸渍法制备出高分散Ni基催化剂，并结合多种表征手段考察了制备参数对催化剂的分散度以及甲烷二氧化碳重整反应性能的影响。在此基础上，为了进一步提高催化剂的分散度和反应稳定性，尝试改进了制备方法和引入助催化剂，并对催化剂的构效关系进行了探讨。主要结果如下： 使用简单的甘氨酸辅助浸渍法制备得到了不同甘氨酸用量的Ni/SiO2-XG催化剂（X代表甘氨酸和硝酸根的摩尔比），其中Ni/SiO2-0.7G催化剂具有最佳的DRM反应性能。在600℃的DRM反应性能测试中，Ni/SiO2-0.7G催化剂的甲烷转化率约为不添加甘氨酸的Ni/SiO2-0G催化剂的3.7倍。使用XRD、H2-TPR、BET、XPS、分散度测定、TEM和TG等技术对催化剂进行了表征，结果显示，Ni/SiO2-0.7G催化剂具有最高的Ni分散度（28.0%），是Ni/SiO2-0G催化剂近2倍，NiO颗粒大小仅为约2-4nm，20h反应后的积碳量仅为0.6%。催化剂的优越性能不仅来源于很高的Ni分散度，还与显著增强的金属-载体相互作用高度相关。 在Ni/SiO2-0.7G催化剂表面使用原子层沉积（ALD）法包覆一定厚度（10或30个循环）的Al2O3薄膜能够一定程度上提高催化剂的稳定性，然而，更厚的Al2O3膜（50个循环）会导致大量的NiO颗粒的完全被覆盖，这将导致大量活性位点的损失。双溶剂浸渍法的效果并不理想，这可能是由于介孔孔径过大，未能起到限制部分弱金属-载体相互作用的Ni颗粒的团聚的作用。 在Ni/SBA-15-0G催化剂中添加CeO2助催化剂能够显著提高催化剂的DRM反应性能（CH4转化率为原来的4倍）。Ni-CeO2/SBA-15-0.7G具有最高的Ni分散度和最佳DRM反应性能，且反应后（20h，600℃）的催化剂未被观察到碳沉积。CeO2不仅能与甘氨酸共同作用从而提高Ni的分散度和改善金属-载体相互作用，还提供了丰富的有助于吸附和活化CO2的氧空位以及消除积碳的活性氧。
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