双金属催化剂在生物质焦油蒸汽重整制富氢合成气中的研究进展：文献计量分析与技术展望

本研究针对生物质能源转化过程中焦油形成的技术瓶颈，通过文献计量学方法系统分析了1997-2024年间双金属催化剂（Ni/Co/Fe基）在生物质焦油蒸汽重整制H2富集合成气领域的研究进展。研究揭示了催化剂失活（碳沉积、烧结）、反应机理（C-C/C-H键活化）及新兴技术（等离子体催化、微波重整）等关键问题，为清洁能源开发提供重要数据支撑。

　　

随着全球能源危机加剧，生物质能作为化石燃料替代品备受关注。然而在生物质气化过程中产生的焦油——这种由单环至五环芳烃（PAHs）组成的复杂混合物，不仅会堵塞管道、腐蚀设备，更会显著降低合成气（H₂/CO）产率。传统物理清除法效率低下，而催化蒸汽重整技术虽能转化焦油为有用气体，却面临催化剂失活（carbon deposition）、金属烧结（sintering）等严峻挑战。

马来西亚高等教育部资助的研究团队通过文献计量学方法，系统分析了近27年该领域1368篇文献。采用Scopus数据库?结合VOSviewer可视化工具，揭示了镍基（Ni）和钴基（Co）双金属催化剂的关键作用：Ni因其卓越的C-C键断裂能力成为主流选择，而Co在低温条件下表现更优。研究发现，Ni-Co-Fe三元体系通过协同效应（synergistic effect）可将焦油转化率提升至98%，同时水煤气变换反应（water-gas shift reaction）能有效缓解碳沉积问题。

技术方法上，研究团队创新性地引入等离子体催化（plasma-catalytic reforming）和微波辅助重整技术。特别是介质阻挡放电（DBD）等离子体与Ni/Al₂O₃催化剂的联用，在800°C条件下实现苯并芘（BaP）降解率99.2%，而微波技术通过选择性加热金属活性位点，使能耗降低40%。

主要研究发现包括：

1. 文献增长趋势：2015年后年发文量激增300%，中国、日本、西班牙构成核心研究网络
2. 催化剂优化：La₂O₃修饰的Ni-Co/Al₂O₃使催化剂寿命延长至120小时
3. 反应机理：金属-载体强相互作用（SMSI）抑制了活性组分烧结
4. 新兴技术：光热催化利用全光谱太阳能实现低温（400°C）高效重整

讨论部分指出，当前研究存在三大矛盾：实验室规模催化剂性能与实际工况的差距、贵金属（Pt/Rh）成本与工业化要求的平衡、复杂生物质组分对反应路径的影响。未来应重点开发抗硫中毒（sulfur poisoning）的核壳结构催化剂，并建立统一的焦油成分分析标准（如GC-MS与FTIR联用）。

该研究不仅绘制了生物质焦油重整领域的知识图谱，更通过多金属协同（multi-metallic synergy）和能量场耦合（energy-field coupling）的创新思路，为《巴黎协定》背景下的碳中和目标提供了技术路线。特别值得注意的是，团队发现的Fe³⁺/Fe²⁺氧化还原对在焦油深度氧化中的促进作用，为开发非贵金属催化剂开辟了新途径。