镍银合金催化剂中氧迁移增强机制及其在甲烷干重整反应中的抗积碳性能研究

本研究针对镍基催化剂在甲烷干重整（DRM）中易积碳失活的问题，通过溶胶-凝胶法合成NiAg双金属合金催化剂，探究AgO纳米颗粒对氧空位形成及反应性能的影响。研究发现，3% Ag负载的NiAg2O催化剂通过界面氧空位促进CH4/CO2活化，显著提升催化周转频率（TOF）并抑制焦炭形成，为合成气高效生产提供了新策略。

　　

在全球能源转型背景下，甲烷干重整（DRM）技术因其可同时转化两种温室气体（CH₄和CO₂）为合成气（H₂/CO）而备受关注。然而，传统镍基催化剂在高温下易发生烧结和积碳失活，严重制约其工业化应用。针对这一挑战，来自ECCI大学等机构的研究团队创新性地设计NiAg双金属合金催化剂，通过调控AgO纳米颗粒的界面效应，显著提升催化剂的氧迁移能力和抗积碳性能，相关成果发表于《Catalysis Today》。

研究团队采用溶胶-凝胶法合成不同Ag含量（1.5%-4.5%）的NiAgMgAl水滑石前驱体，通过近常压X射线光电子能谱（NAP-XPS）、电子顺磁共振（EPR）和漫反射红外傅里叶变换光谱（DRIFTS）等技术，系统表征了催化剂的氧空位形成机制与反应路径。

结构、热稳定性、空位形成及还原性分析
XRD显示Ag掺杂引起晶格畸变（2θ=43°-73°峰位移），促进MgO相形成。H₂-TPR证实Ag₂O物种在500-600°C优先还原，形成金属Ag-Ni界面。EPR检测到g=2.003信号，表明Ag诱导产生超氧自由基（O₂^-），而NAP-XPS揭示Ag^δ+-O^2--Ni²⁺三中心结构是氧空位的主要来源。

催化性能与机理
在800°C反应中，3% Ag负载催化剂（NiAg²）表现出最高CH₄转化率（92%）和H₂/CO选择性（0.98）。DRIFTS追踪到关键中间体：Ag-O-CH₃（2850 cm^-1）和Ni-CO₂^δ-（2345 cm^-1），证实Ag促进CH₄解离而Ni活化CO₂。TEM显示AgO纳米颗粒通过空间限域效应抑制Ni烧结，使平均粒径保持在8-12 nm。

结论与意义
该研究阐明Ag₂O通过三重作用机制提升DRM性能：① 形成界面氧空位加速晶格氧迁移；② 产生纳米限域效应稳定活性位点；③ 调控CH₄/CO₂活化路径抑制积碳。这一发现为设计高效抗积碳DRM催化剂提供了理论依据，对实现碳中和目标下的合成气绿色生产具有重要应用价值。