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本文聚焦甲烷部分氧化（POM）制合成气（Syngas；H?/CO）的催化体系，梳理非贵金属、贵金属、水滑石（HT）、钙钛矿等催化剂性能，分析反应机理、挑战及优化方向，为开发抗失活、高产能催化剂提供参考。
引言
环境问题使化石燃料使用备受关注，可再生能源推广困难，天然气因清洁、高能量密度且低 CO?排放，需求增长迅速，其主要成分甲烷（CH?）用途广泛，但储存运输不便。甲烷通过多种重整技术制合成气（Syngas；H?/CO）是重要利用途径，合成气市场前景广阔。
蒸汽甲烷重整（SMR）、甲烷干重整（DRM）各有优缺点，而 POM 因低能量输入、可获理想 H?/CO 比等优势受关注，但存在放热易爆炸、形成热点等局限性。催化 POM 可降低反应温度，目前催化剂主要有非贵金属、贵金属、混合金属氧化物（如钙钛矿、水滑石）及结构催化剂等。
催化剂系统及挑战
催化剂分类及性能
- 非贵金属：以镍（Ni）、钴（Co）、铁（Fe）等为主，成本低、资源丰富，但易因烧结和积碳失活，反应活性顺序为 Ni > Co > Fe，Co、Fe 基催化剂易使甲烷完全氧化，Ni 可用 Co 或 Fe 替代以减少积碳。
- 贵金属：如铱（Ir）、钯（Pd）、铂（Pt）等，催化活性、H?选择性和稳定性好，Ir、Rh 基催化剂无积碳，Pd 基有较多积碳，但成本高昂限制大规模应用。
- 混合金属氧化物及结构催化剂：水滑石（HT）、钙钛矿等用于 POM 可提高抗积碳能力和催化活性，结构催化剂如纳米管、纳米纤维等也有研究。
主要挑战
POM 过程中热点形成是关键挑战，其由反应产热大导致，会使金属颗粒烧结，降低催化活性，还会改变合成气 H?/CO 比，不利于下游加工及费托（FT）合成等应用。
反应机理与催化剂设计
催化剂的性能受活性金属价态、晶体尺寸、金属分散度、活性金属浓度、载体性质及合成方法等多因素影响。载体选择对提高抗积碳能力、促进金属分散和金属 - 载体相互作用至关重要，常见载体有 CeO?、MgO、Al?O?等金属氧化物。
性能分析与展望
文中从 CH?转化率、H?/CO 比、单位时间单位金属质量转化的 CH?物质的量等活性数据，以及温度、气时空速（GHSV）、催化剂负载量等工艺参数，对不同催化剂进行定量总结。温度是影响 CH?转化率的重要因素。
尽管 POM 有诸多优势，但尚未大规模商业化，未来需进一步开发高效催化剂，解决热点、积碳、催化剂失活等问题，可借助现代技术优化催化剂制备，探索新型载体和助剂，以推动 POM 技术的实际应用，实现甲烷高效转化和合成气生产。
结论
甲烷通过 POM 制合成气是有前景的技术，该综述系统分析了各类催化剂体系的性能、反应机理及挑战，为筛选抗失活、高合成气产量的催化剂提供了依据，未来需在催化剂开发和工艺优化方面持续努力，以促进 POM 技术的发展和应用。
