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Ni 基催化剂提升 CO?制 CO 选择性是难题。本研究以 Ni-BTC 为前驱体衍生新型 Ni/BTC 催化剂，其 CO 选择性超 82.4%。结构表明 Ni 颗粒被碳层包裹且有 NiC?颗粒，揭示 NiC?调控选择性机制，为相关研究提供新思路。
随着化石燃料的过度消耗，大气中二氧化碳（CO?）浓度不断攀升，给全球气候和生态系统带来巨大挑战。开发二氧化碳捕获、利用与封存（CCUS）技术等减少 CO?排放的手段至关重要，其中 CO?与 “绿色” 氢气（H?）加氢转化为包括甲烷（CH?）和一氧化碳（CO）等 C?化学品的研究备受关注。CO 作为通过费托合成和甲醇介导反应合成高附加值化学品的重要原料，相比 CH?具有明显优势。镍（Ni）基催化剂因活性好、成本低，是 CO?加氢研究的热门体系，但这类催化剂通常更易催化 CO?甲烷化反应，而非逆水煤气变换（RWGS）反应，导致主要产物为 CH?而非 CO，如何提升 Ni 基催化剂在 CO?加氢中对 CO 的选择性成为关键难题。
为解决这一问题，国内研究人员开展了相关研究，该研究成果发表在《Fuel》。
研究人员采用的主要关键技术方法包括：通过水热法合成 Ni-BTC 前驱体，将其在 H?气氛下热处理得到 Ni/BTC 催化剂，运用 X 射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、透射电子显微镜（TEM）和准原位 X 射线光电子能谱（quasi in situ XPS）等技术对催化剂进行结构表征，通过对比实验，以 Ni / 活性炭（Ni/AC）和裸 Ni 催化剂作为参考，测试各催化剂在 CO?加氢反应中的性能。
合成 Ni/BTC
研究人员首先通过水热法合成 Ni-BTC 前驱体。具体过程为将 2.9079g 硝酸镍六水合物（Ni (NO?)??6H?O）和 2.1014g 均苯三甲酸溶解于 60mL N,N - 二甲基甲酰胺（DMF）中，剧烈搅拌 30 分钟后，在 200mL 聚四氟乙烯内衬高压釜中于 150°C 老化 12 小时，离心收集所得沉淀并用乙醇洗涤三次，经 95°C 真空干燥 12 小时得到 Ni-BTC 粉末，再经 H?气氛下热处理得到 Ni/BTC 催化剂。
催化性能
对比 Ni/BTC、Ni/AC 和裸 Ni 催化剂的 CO?加氢性能发现，Ni/BTC 催化剂的 CO?转化率低于 Ni/AC 和裸 Ni 催化剂，这可能是由于 RWGS 反应中 CO?转化的平衡值低于甲烷化反应。但 Ni/BTC 催化剂展现出异常高的 CO 选择性（>82.4%），而 Ni/AC 和裸 Ni 催化剂主要生成 CH?，说明 Ni/BTC 催化剂中的特殊结构对选择性起关键作用。
结构表征
结构表征显示，Ni/BTC 催化剂具有独特结构，Ni 颗粒被碳层包裹，且碳层上分散着大量 NiC?颗粒（5.1nm），而 Ni/AC 和裸 Ni 催化剂上分布的是 Ni 颗粒。准原位 XPS 分析表明，NiC?物种的存在削弱了 CO 在催化剂表面的吸附以及 H?的解离能力，促进了 CO 的脱附，抑制了进一步的加氢反应，从而实现了高 CO 选择性。
结论
该研究通过 Ni-BTC 在 H?气氛下热解制备了新型 Ni/BTC 催化剂，其在 CO?加氢中表现出超高 CO 选择性（>82.4%）。结构研究表明，碳层包裹 Ni 颗粒且 NiC?颗粒分散其上的独特结构是高选择性的关键，NiC?物种通过削弱 CO 吸附和 H?解离能力调控选择性。该工作不仅开发了一种高 CO?制 CO 选择性的新型 Ni 基催化剂，还阐明了含碳物种（如碳化物、碳载体）在 Ni 基催化剂选择性调控中的作用，为设计高效 CO?加氢催化剂提供了新策略，有助于推动 CO?转化为高附加值化学品的研究与应用，在应对全球 CO?排放挑战和资源循环利用方面具有重要意义。
