铝掺杂对Ni/HAP催化剂甲烷干重整反应性能的影响

<p class="ql-align-justify">甲烷干重整 (DRM) 是综合利用CH₄和CO₂制备合成气的重要路径, 积炭和活性金属的烧结是DRM催化剂面临的主要挑战. 采用共沉淀法合成了系列铝 (Al) 掺杂的羟基磷灰石 (HAP) 载体, 并通过浸渍法制备了负载型Ni/Al-HAP催化剂, 研究了Al掺杂量对催化剂结构、表面性质及DRM反应性能的影响. 结果表明, Al³⁺进入HAP晶格后诱导产生晶格畸变, 从三个方面协同调变了催化剂的物化性质: (1) 物理结构方面, 优化了孔结构, 增大了比表面积和孔体积; (2) 金属-载体相互作用方面, 增强了Ni与载体的相互作用强度, 降低了Ni颗粒尺寸; (3) 表面化学性质方面, 增加了酸性位点和弱碱性位点数量, 但降低了强碱性位点数量. 这些结构上的协同优化提高了催化剂的活性和稳定性. 然而, TG-DSC、Raman、TPD和TPSR等表征揭示, Al掺杂并未抑制积炭生成, 反而因Ni颗粒尺寸减小和表面酸性位点的增加促进CH₄深度裂解、CO₂中强吸附位点数量降低导致CO₂未有效活化为碳酸盐, 导致积炭量增加. 原位红外表明, Al掺杂促进了关键中间体 (HCO₃*和CO₃*) 的生成, 但并未改变反应物的活化路径. 因此认为, Al掺杂是提升反应物转化率和稳定性的有效策略, 但积炭问题的解决需进一步调变催化剂的表面化学性质, 以优化CO₂的活化路径.</p><br></p>