锌掺杂LaNi钙钛矿催化剂在甲烷干重整中抑制积碳的氧迁移机制研究

针对甲烷干重整反应(DRM)中积碳导致催化剂失活的关键问题，本研究通过合成LaNiO3 (LN)和LaNi0.5 Zn0.5 O3-δ (LNZn)钙钛矿催化剂，结合XRD、H2 -TPR等表征技术，揭示了Zn2+ 的氧亲和性促进氧迁移和Ni-Zn合金化抑制积碳的协同机制，为设计高稳定性DRM催化剂提供新思路。

　　

甲烷作为主要温室气体之一，其高效转化利用一直是能源催化领域的重大挑战。甲烷干重整反应(DRM)能够同时转化CO₂
和CH₄
为合成气，兼具环境效益与经济价值。然而该反应面临的核心瓶颈是高温条件下镍基催化剂的快速积碳失活，这一难题严重制约其工业化应用。传统解决方案往往难以兼顾催化活性和抗积碳性能，亟需从原子尺度揭示积碳抑制机制。

针对这一关键问题，巴西的研究团队在《Applied Catalysis A: General》发表了创新性研究成果。研究聚焦钙钛矿型氧化物LaNiO₃
的结构调控，通过Zn元素对Ni位点的50%替代(形成LaNi_0.5
Zn_0.5
O_3-δ
)，系统探究了氧迁移性增强与积碳行为的内在关联。研究采用X射线衍射(XRD)确认晶体结构，结合程序升温还原(H₂
-TPR)、程序升温表面反应质谱(CH₄
-TPSR-MS)分析氧化还原特性，借助高分辨透射电镜(HRTEM)和X射线光电子能谱(XPS)表征表面合金化，并创新性地运用准原位漫反射红外光谱(DRIFTS-MS)追踪反应中间体。

Characterization部分
XRD证实Zn掺杂导致晶格畸变和氧空位形成。H₂
-TPR显示LNZn在400-600°C出现新还原峰，表明Zn²⁺
诱导的低温氧物种活化。CH₄
-TPSR-MS检测到LNZn的CO₂
生成温度较LN降低80°C，直接证明其增强的氧迁移能力。

Conclusions部分
研究发现：1) Zn²⁺
的氧亲和性促进晶格氧释放，使碳气化反应提前发生；2) 还原过程中形成的Ni-Zn合金能有效锚定Ni颗粒，防止碳纳米管封装；3) DRIFTS-MS捕获到关键中间体CH_x
O和HCOO^-
，证实Zn掺杂催化剂表面更易生成活性氧物种。

这项研究的重要意义在于：从原子尺度阐明了B位掺杂调控钙钛矿氧迁移性的普适性策略，提出的"氧空位-合金化"双功能机制为设计下一代抗积碳DRM催化剂提供了明确方向。特别值得注意的是，Ni-Zn合金使催化剂在30小时测试后积碳量降低5倍，这一突破性进展有望推动甲烷干重整技术的工业化进程。