甲烷干重整（DRM，CH4 + CO2 → 2H2 + 2CO）能将甲烷和二氧化碳两种温室气体同步转化为氢碳比约为1的合成气，是兼具温室气体资源化利用与合成气生产双重功能的关键技术路径。Ni/Al2O3催化剂是DRM领域研究最早、最广泛的体系之一，具备良好的工业化前景，却长期因反应过程中积碳与烧结导致失活问题，难以实现大规模工业应用。
近日，中国科学院兰州化学物理研究所等在抗积炭Ni/Al2O3催化剂的设计与反应机理领域取得突破。团队揭示了NiAl2O4在低温DRM中的关键作用，为低温抗积碳DRM催化剂的理性设计提供了全新范式。
团队以Ni/γ-Al2O3为模型催化剂，通过调控还原温度构建了Ni0/NiAl2O4/Al2O3界面和Ni0/Al2O3界面，并借助原位XPS、原位XANES确定了两种界面中Ni0比例。反应评价测试验证了两种界面结构的性能差异。团队明确了Ni0/NiAl2O4/Al2O3界面结构的抗积炭反应机理，发现碳酸氢盐（HCO3*）和碳酸盐（CO3*）是CH4抗积炭反应路径中的关键中间体。
以往的催化剂设计策略集中在如何提高CO2的活化能力上，核心逻辑是通过促进CO2的活化，提供足够的活性氧，及时清除积炭，从而维持催化剂的稳定性。该研究首次在Ni/Al2O3基DRM催化剂中发现CH4向HCO3*和CO3*的转化路径，CH4在反应初期就可与界面氧物种结合生成含氧中间体，从而避免产生容易聚集成积炭的碳原子。这一“绕过积炭路径”的理念为抗积炭型DRM催化剂提供了新的思路，有望推广至其他尖晶石氧化物体系。
相关研究成果发表在Applied Catalysis B: Environment and Energy上。研究工作得到国家留学基金委、中国科学院、甘肃省等的支持。
甲烷—二氧化碳重整反应研究获进展
研究团队单位：兰州化学物理研究所
