近日，化学工程学院磷化工团队祖运副教授联合中石化北京石油化工科学研究院围绕甲烷干重催化剂设计与制备的最新研究成果“Alloy-vacancy engineering evolved from Al-OH anchored NiCo layered structure enables durable methane dry reforming”在化工顶级期刊《AIChE Journal》发表。昆明理工大学化学工程学院为论文第一通讯单位，2022级硕士研究生张全淇和2023级硕士研究生江中华为论文共同第一作者，祖运副教授、何宾宾教授和郑健高级工程师为论文共同通讯作者。

甲烷干重整（DRM）制合成气（CO和H2）已成为温室气体（CH4和CO2）的高容量利用和工业平台分子合成的桥梁。与贵金属作为活性组分相比，镍基催化剂具有活性高、资源丰富、成本低等优点，被认为在DRM反应中具有大规模工业应用的可行性。然而，该催化剂不可避免地面临着烧结和积碳两个共性问题。通过加强金属和载体之间的相互作用，可以提高催化剂的抗烧结性能，但碳沉积的挑战依然很艰巨。在γ-Al2O3载体上将镍与其他金属合金化，有望显著提升DRM过程中的抗积碳能力，但其效果受限于合金结构难以控制和表面Al-OH基团多样化。鉴于此，本团队采用电正性NiCo络合物，通过强静电吸附策略设计和制备了双金属NiCo/γ-Al2O3催化剂。结果证实，NiCo合金和氧空位主要来源于表面Al-μ2-OH和Al-μ3-OH基团锚定NiCo层状结构的演变。优化后的Ni3.0Co3.0Al催化剂在600°C下连续运行200小时后，实现了接近热力学平衡的CH4和CO2转化率，并具有极低的焦炭沉积速率（0.03 mgcoke·gcat-1·h-1）。通过微观动力学分析和原位红外光谱研究揭示了反应机理：在原子均一的NiCo合金上，CH4分解产生的CHx*物种被表面Al-OH及来自有限氧空位的CO2解离所生成的活性O*迅速消除，形成不稳定的HCOO*和CHxO*中间体，同时有效抑制了Boudouard反应，从而确保了催化剂的优异寿命。研究成果为设计高效、耐焦的低温DRM反应镍基催化剂提供了可行的策略。

上述研究工作得到了国家自然科学基金（22362019）、云南省基础研究计划项目（202601AS070018，202301AT070445）、云南省“兴滇英才支持计划”青年人才专项以及云南省磷化工节能与新材料重点实验室平台的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/aic.70645