摘要
环境问题和能源危机的背景下，温室气体CO2的排放将受到限制，CO2化学利用是碳减排的组成部分。太阳能、风能等可再生能源由于季节性，旺季需要储存。将旺季的光电、风电通过电解水制氢，氢气和CO2反应生成有用的甲烷，这样实现将可再生能源储存于甲烷。CO2甲烷化的技术关键在于催化剂。本论文重点从载体和助剂的角度调控Ni基催化剂的物理化学性质，并将其用于CO2甲烷化研究，旨在改善催化剂的低温活性和抗烧结能力。 采用柠檬酸络合-浸渍法制备了以ZrO2、CeO2和Ce-Zr-O固溶体为载体的Ni催化剂用于CO2甲烷化。并通过BET、TPR、CO2-TPD、H2-TPD、XRD、XPS、TEM和ICP等技术表征手段，系统地研究了催化剂的结构与催化性能之间的关系。结果表明，催化剂Ni/Ce0.2Zr0.8O2在250℃时的CO2转化率达到71%，具有最佳的低温活性，并且表现出最好的高温稳定性。这主要是由于活性金属Ni具有高分散度和小颗粒尺寸。Ce-Zr-O固溶体和NiNPs之间表现出最佳的金属-载体相互作用，有利于NiNPs在表面的分散性和稳定性，提高了Ni催化剂的抗烧结能力。此外，不同载体催化剂的TOF值相近，表明该体系中提高低温活性的关键是提高NiNPs的分散度。 采用柠檬酸络合-浸渍法制备了分别以La2O3、CeO2以及La2O3和CeO2为助剂的ZrO2担载的Ni催化剂。结果表明，助剂La2O3的加入能改善CO2甲烷化催化性能，双助剂催化剂Ni-La2O3-CeO2/ZrO2表现出优异的低温活性和最高的稳定性。通过一系列表征发现，双助剂催化剂的中等强度碱性位点数最多，增强了CO2分子的吸附活化能力，提高了低温活性。Ni和Zr，Ce，La之间存在相互作用，实现了良好的Ni分散性；La2O3与CeO2共同限制了长时间反应过程中NiNPs的迁移聚集，稳定了NiNPs的小颗粒尺寸。因此双助剂的协同作用提高了催化剂的抗烧结性能。此外，不同煅烧温度的Ni-CeO2/ZrO2催化剂表现出非常接近的低温活性，说明单纯提高比表面积不足以大幅提高低温性能。
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