氢除了在NH3合成中发挥重要作用外，还成为一种受欢迎的清洁能源载体。尽管使用可再生能源进行水电解有望生产所谓的“绿色氢”，但传统的甲烷蒸汽重整（SRM）产生的“灰色氢”仍然满足市场需求。与其它技术相比，即使结合碳捕获和储存（CCS）技术，通过SRM生产氢的成本也相对较低。[1]
工业上的氢生产SRM过程主要在高于700°C的温度下使用Ni催化剂进行。“灰色氢”在经过碳捕获并降低能耗后可以变得更环保。[2],[3] 利用太阳能热能进行重整的反应器设计是一种可行的方法。[4],[5] 在集成可再生能源电网的示例中，提出了在低于工业SRM温度下进行SRM的操作[6],[7],[8],[9]，这表明需要小型分布式SRM设施在较温和的条件下进行现场氢生产。虽然降低SRM的操作温度会导致热力学平衡转化率的限制，但新兴技术如选择性CO2捕获或氢传导膜反应器可以用来克服这一限制。[10],[11] 这种分布式SRM操作也可能应用于沼气转化。[12] 这些都指出了在较温和条件下运行的SRM（以下简称MT-SRM）的潜在应用。
最常用的SRM催化剂是基于Ni的催化剂，其在工业SRM条件下的稳定性是一个重要问题。降低SRM反应温度确实可以缓解催化剂稳定性问题，主要是结焦和烧结问题。然而，传统使用的SRM催化剂Ni/Al2O3在500°C和常压下进行MT-SRM时仍会形成积炭并导致催化剂失活。[13],[14] 通常采取的方法包括通过添加改性剂和/或使用可还原氧化物作为载体来提高基于Ni的SRM催化剂的稳定性。本研究重点关注后者，即使用氟石结构的氧化物作为载体。许多先前的研究使用CeO2基氧化物作为Ni催化剂的载体来提高其活性和稳定性，试图利用CeO2基氧化物通过形成氧空位来提供活性氧基团。CeO2或掺杂的CeO2本身在750°C下可以对缺氧的蒸汽重整反应具有活性，[15] 这表明CeO2晶格中的某些氧基团参与了SRM反应。据报道，CeO2粉末上的Ce3+位点在573 K时被水氧化回Ce4+，或在673 K时被CO2氧化，[16] 这可以补充氧基团以持续参与催化反应。活性氧基团与CH4衍生物的反应以及氧基团通过H2O等氧化剂补充的反应需要平衡，以实现稳定的SRM活性。这些过程通常涉及不稳定氧的氧化还原，即氧空位的形成和氧的补充，但如何调节这些温度依赖的反应仍存在争议。
经常研究含有各种掺杂剂的CeO2基固溶体以调节其氧化还原行为。[17],[18],[19] 报道了CeO2基氟石结构氧化物的掺杂类型和数量会影响其氧化还原行为，并将其归因于催化反应促进效果的原因。然而，尚未有系统性的研究为调节氧空位的形成和催化影响提供指导。[19> 钇榴石是一类氟石结构氧化物，通常表示为A2B2O7，其中A和B两种阳离子的摩尔比相等，并且其结构中存在内在的氧空位。不同类型的钡榴石已被提出作为Ni催化剂的可行载体，可以增强SRM活性。[20],[21],[22],[23],[24] La2Zr2O7是研究最多的钡榴石氧化物之一。有趣的是，La2Zr2O7的XRD图谱与CeO2几乎相同，表明其晶体结构和晶格参数几乎相同。这促使我们考虑在La/Zr = 1（摩尔比）的La-Zr混合氧化物中添加Ce，从而形成包含CeO2和La2Zr2O7的混合晶格。添加Ce的三元氧化物混合物预计可以减少La2Zr2O7钡榴石晶格中内在氧空位的相对贡献，而不会显著改变其晶格。另一方面，Ce的加入可能会增加不稳定氧的氧化还原作用，如掺杂CeO2中所报道的。此外，当实现这种三元氧化物的均匀混合物时，可能存在La-O-Zr、Zr-O-Ce和La-O-Ce等氧的异质键合。在本研究中，我们考察了使用共沉淀法制备的Ni催化剂，载体组成分别为CeO2、La2Zr2O7（La/Zr = 1/1（摩尔比））和LaZrCenOx（La/Zr/Ce = 1/1/n，n = 0.1–1（摩尔比）），在400–600°C下进行MT-SRM。Ni/LaZrCeOx（Ni/LZC）在MT-SRM中的活性和稳定性均优于Ni/CeO2（Ni/Ce）和Ni/La2Zr2O7（Ni/LZ）。这说明了向钡榴石载体中添加Ce对Ni催化剂的有益影响，研究结果可以为设计高效催化剂以促进通过MT-SRM产生更环保的H2提供指导。
