CeO2修饰增强Ni/MgAl2O4催化剂抗积碳性能：甲烷干重整反应中的氧空位调控机制

《Molecular Catalysis》：CeO 2 modification enhances carbon deposition resistance of Ni/MgAl 2O 4 in methane dry reforming

本文通过溶胶-凝胶法与超声辅助浸渍法制备CeO2修饰的Ni/MgAl2O4催化剂，系统研究其在甲烷干重整（DRM）反应中的性能。研究发现10% CeO2添加使催化剂氧空位浓度提升12.7%、表面碱性位点翻倍，显著增强CO2分解能力与积碳氧化效率。该催化剂在保持高镍分散度的同时，30小时反应后CO2转化率仅下降2.2%，为温室气体资源化利用提供了高性能催化剂设计策略。

　　

章节亮点

材料

实验采用六水合硝酸镁、六水合硝酸铈、六水合硝酸镍、九水合硝酸铝等分析纯试剂（均购自国药集团），所有原料在合成前无需进一步纯化。

Ni/MgAl₂O₄-x%CeO₂催化剂的制备

MgAl₂O₄载体通过溶胶-凝胶法合成：将镁源、铝源与络合剂（柠檬酸）、表面活性剂（CTAB）在乙二醇溶液中混合，经凝胶化、干燥后高温煅烧获得尖晶石结构。活性组分Ni与助剂CeO₂通过超声辅助浸渍法负载，最终催化剂记为Ni/MgAl₂O₄-x%CeO₂（x=0, 5, 10, 15）。

DRM反应中催化性能评估

通过筛选不同Ni负载量（5%-15%）确定最佳金属负载率，进而比较稀土氧化物（Gd₂O₃, La₂O₃, CeO₂）对Ni/MgAl₂O₄的改性效果。CeO₂展现出最显著的性能增强作用，其优化样品在高温反应中兼具高活性和抗积碳能力。

XRD表征

煅后催化剂的XRD图谱（图6a）显示所有样品在2θ=19.1°-83.0°均出现MgAl₂O₄尖晶石特征峰（JCPDS 73-1959），未检测到MgO或Al₂O₃杂峰。CeO₂添加后，在2θ=28.5°、47.5°等处出现萤石结构CeO₂的特征衍射峰，且峰强度随掺杂量增加而增强，证明CeO₂成功引入并保持晶相完整性。

结论

本研究证实CeO₂修饰可有效调控Ni/MgAl₂O₄催化剂的表面性质，通过增加氧空位和碱性位点提升CO₂活化能力，进而通过碳气化反应（C + O* → CO）清除积碳。10% CeO₂掺杂样品在DRM反应中展现优异的镍分散性和结构稳定性，为高温重整反应中抗烧结催化剂设计提供了新思路。