Ni与CeO2 协同作用增强ZSM-5分子筛低温CO2 甲烷化性能的机制研究

为应对碳减排挑战，研究人员通过不同浸渍法合成CeO2 促进的Ni基ZSM-5催化剂（NiCe/ZSM-5等），发现共浸渍法可显著减小NiO/CeO2 晶粒尺寸并提升碱性位点，在375-400°C实现79.4% CO2 转化率和98.5% CH4 选择性，TOF值达Ni/ZSM-5的3.6倍，为低温CO2 资源化提供新策略。

随着全球碳减排压力加剧，将CO₂
转化为高附加值燃料成为研究热点。CO₂
甲烷化反应可将温室气体直接转化为清洁能源CH₄
，但现有镍基催化剂普遍存在低温活性差、易烧结等问题。传统改性方法往往难以兼顾金属分散度与碱性位点调控，亟需开发新型协同催化体系。

针对这一挑战，国内研究人员在《Sustainable Chemistry for Climate Action》发表研究，创新性地采用ZSM-5分子筛为载体，通过对比共浸渍（NiCe/ZSM-5）与分步浸渍（Ni-Ce/ZSM-5、Ce-Ni/ZSM-5）策略，系统考察了Ni与CeO₂
的协同效应。研究发现，Ce³⁺
和Ni²⁺
盐的同步负载可形成超细NiO（4.8 nm）和CeO₂
（5.2 nm）晶粒，比表面积达312 m²
/g，较分步法提升约20%。这种独特的结构特征使催化剂在325°C即展现0.319 s^-1
的TOF值，较单金属Ni/ZSM-5提升3.6倍。

关键技术包括：X射线衍射（XRD）分析晶体结构、N₂
吸附测定比表面积、氢程序升温还原（H₂
-TPR）评估还原性能、CO₂
程序升温脱附（CO₂
-TPD）量化碱性位点，结合SEM-EDX进行形貌与元素分析。

【材料表征】
通过XRD证实共浸渍样品中NiO衍射峰半峰宽增加，计算显示晶粒尺寸最小（4.8 nm）。H₂
-TPR显示NiCe/ZSM-5还原峰向低温偏移35°C，表明CeO₂
促进NiO还原。CO₂
-TPD检测到0.48 mmol/g的吸附量，对应强碱性位点增加。

【催化性能】
在固定床反应器中，NiCe/ZSM-5在400°C实现79.4% CO₂
转化率，CH₄
选择性达98.5%。动力学分析显示其表观活化能（E_a
）为45.2 kJ/mol，显著低于对比样品。

【机理探讨】
提出"双位点活化"机制：CeO₂
表面氧空位活化CO₂
生成碳酸盐，高分散Ni位点解离H₂
，二者界面处完成加氢步骤。这种协同作用使反应能在325-400°C低温区间高效进行。

该研究不仅创制出性能优异的低温甲烷化催化剂，更揭示了金属-氧化物协同效应的结构基础，为设计新一代CO₂
转化催化剂提供理论指导。其技术路线易于放大生产，对实现工业尾气资源化具有重要应用前景。