甲烷干重整（DRM）是一种将温室气体转化为高价值化学品的绿色技术，但高温反应条件下催化剂的失活问题始终困扰着工业应用。李和兴教授团队提出一种创新的阳离子空位锚定策略，有效解决了催化剂烧结失活的难题，为催化剂设计与工业化应用开辟了新方向。
高温催化反应中，亚纳米粒子因其高表面能易于烧结，导致催化剂活性衰减，制约了甲烷干重整的工业化进程。李和兴教授团队在研究中引入阳离子空位作为锚定点，开发出一种超高稳定性的亚纳米Ru催化剂。这一策略有效克服了传统阴离子空位易被填充、稳定性不足的缺陷，为高温催化剂设计提供了全新思路。
-
阳离子空位引入：通过Ni²⁺掺杂替代MgO中的Mg²⁺，生成Mg²⁺空位作为锚定点，显著提高亚纳米Ru粒子的分散性和抗烧结能力。 -
卓越的催化性能：制备的Ru1.5/Ni1-MgO-R催化剂在800℃连续运行1200小时后，CH₄和CO₂转化率仍保持90%以上，展现出前所未有的稳定性。 -
理论与实验结合：结合密度泛函理论（DFT）计算与实验验证，揭示了Mg²⁺空位在亚纳米粒子稳定性中的关键作用，为催化剂结构设计提供了科学依据。
-
催化剂形貌与粒径分布
图1展示了Ru1.5/Ni1-MgO-R催化剂的高分辨STEM图像及粒径分布，与未掺杂样品相比，Ru粒子平均粒径显著减小至0.9 nm，分散性大幅提高。
-
电子态分析
图2的XANES与EXAFS光谱表明，阳离子空位的引入显著改变了Ru粒子的电子态，增强了其与基体的相互作用，从而提高了抗烧结能力。
-
抗烧结与抗积碳能力验证
图3展示了在800℃高温下不同催化剂的抗烧结与抗积碳性能对比。实验表明，Ru1.5/Ni1-MgO-R催化剂在长时间运行后，仍能保持亚纳米粒子的形貌和分散性，同时表面积碳含量极低。这一结果进一步验证了阳离子空位锚定策略的有效性。
-
催化性能测试
图4展示了不同催化剂在DRM反应中的性能对比。Ru1.5/Ni1-MgO-R在1200小时运行中保持高效稳定，展现了极佳的抗烧结和抗积碳性能。
-
高温稳定性：设备可长时间运行在800℃以上，为高温催化反应提供可靠支持。 -
精确控温：温度调控精度达到±1℃，确保实验数据的准确性和可重复性。 -
模块化设计：装置灵活适配多种实验装置需求，广泛应用于催化剂研发、材料制备等领域。 -
智能化管理：内置数据采集和分析模块，实时监控实验参数，为科学研究提供全面支持。
欢迎关注我们的公众号或访问官方网站（https://www.zhongkejingyan.com.cn/
如果您对设备有兴趣，欢迎联系张老师：13121391941
