高熵氧化物催化棉秆气化制合成气：实验机制与性能优化

为解决生物质高效转化与清洁能源生产问题，研究人员通过固相反应合成(FeCoNiCrMn)xO高熵氧化物(HEO)，探究其在棉秆气化中的催化机制。实验表明，HEO通过促进焦油重整、甲烷裂解和水煤气变换反应，在850°C和1:1配比下实现H2产量1101.22 mL/g、H2/CO比7.28及碳转化率0.88，为生物质资源化提供新策略。

　　

随着化石燃料枯竭与温室效应加剧，开发清洁可再生能源成为全球迫切需求。生物质能作为年产量达60艾焦（EJ）的可再生资源，其高效转化技术备受关注。其中，生物质气化可将低品位生物质转化为高价值合成气（syngas），用于发电、燃料合成等领域。然而，传统催化剂存在稳定性差、成本高、反应选择性低等问题，制约技术发展。

为解决这一挑战，河南科技大学的胡建军团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表研究，首次将高熵氧化物（High-Entropy Oxides, HEOs）应用于棉秆气化过程。研究人员采用固相反应法合成(FeCoCrMnNi)_xO催化剂，通过X射线衍射（XRD）和固定床反应器实验，系统考察温度、催化剂比例及水蒸气对气化效率的影响。

关键技术包括：1）固相反应法合成HEO催化剂；2）棉秆工业分析与元素分析（来源：江苏连云港）；3）XRD表征催化剂晶体结构；4）固定床反应器评估气化性能。

材料表征分析
XRD显示750°C以上煅烧时HEO形成尖晶石结构（PDF#75-0198），950°C时完全固溶。比表面积测试表明HEO具有丰富氧空位，为催化活性提供基础。

气化性能研究
在850°C和1:1催化剂-生物质配比下，H₂产量达1101.22 mL/g，H₂/CO比提升至7.28。机理分析表明HEO通过三重作用增效：1）促进焦油（tar）重整为小分子气体；2）催化甲烷裂解（CH₄ cracking）；3）加速水煤气变换反应（WGSR）。

协同效应
水蒸气与HEO的协同作用显著。蒸汽不仅提供气化介质，还通过HEO表面氧空位促进H₂O分解，提升氢产率。

该研究证实HEO凭借高熵效应（high-entropy effect）和多重金属协同，兼具高活性与稳定性，为生物质规模化利用提供新思路。其意义在于：1）开发非贵金属高效催化剂；2）阐明HEO在气化中的多反应协同机制；3）推动棉秆等农业废弃物的资源化应用。研究获河南省科技研发联合基金（225200810042）和中原科技创新领军人才计划（244200510039）支持。