二氧化碳甲烷化技術因其可以將產物連接至現有天然氣管道以及相應的工業系統，而成為了一種具有廣闊發展前景的技術。盡管Ni/Al₂O₃催化劑在二氧化碳甲烷化反應中具有較高的性能，但其低溫催化性能仍需進一步提升。CeO₂可以調節金屬載體相互作用并增強活性金屬位點的分散性，其常用作催化劑的結構和電子助劑。本文將CeO₂摻雜到Ni/Al₂O₃催化劑中，并采用層疊催化劑裝填方式，以此促進二氧化碳甲烷化反應過程。

本文合成了一系列具有不同CeO₂摻雜量的Ni/CeO₂/Al₂O₃催化劑，以此加強低溫下的二氧化碳甲烷化反應。適量的CeO₂摻雜（5%（mass））使得催化劑形成了Ni-CeO₂交界面并削弱了活性組分Ni和Al₂O₃載體之間的相互作用。同時，在還原過程中，氫溢流使得催化劑表面形成了Ce³⁺位點和氧空位，形成了新的、用于吸附和活化反應物的位點。催化性能測試表明，CeO₂的摻雜顯著提高了對于二氧化碳甲烷化的催化能力。本文提出一種新的催化劑裝填方式，即在WHSV=9000 ml·h^?1·g_cat^?1條件下，將催化劑分為三段裝填，各催化劑床層溫度沿反應器軸向分別設置為330 ℃、300 ℃和250 ℃。在此條件下，二氧化碳轉化率高達95%，接近于反應平衡，實現了對于低溫區間催化能力的增強。

不同CeO₂摻雜量的Ni/CeO₂/Al₂O₃催化劑XRD結果顯示，沒有明顯的CeO₂的信號，說明其分散度很高，且Ni（111）的特征峰（2θ=44.5°）向低角度偏移，說明CeO₂摻雜進Ni的晶格中，造成了晶格的擴張。同時，HRTEM僅在CeO₂含量最高的40Ni10Ce樣品中檢測到了CeO₂（111）的晶格信號，印證了XRD的結果。N₂物理吸附的結果表明，CeO₂摻雜使得其可以占據并部分堵塞了催化劑的孔道結構，造成了比表面積的減小（212 m²·g^?1至160 m²·g^?1）。

通訊作者：李茂帥，天津大學化工學院副教授，博士生導師，致力于合成氣及CO₂加氫制低碳燃料、氫甲酰化等綠色化學工藝和非均相催化過程研究。在國際高水平期刊ACS Catal.、 Appl. Catal. B、J. Catal.等發表論文50余篇，授權中國發明專利6項，主持國家自然科學基金、重點研發計劃子課題等國家級和國際合作產學研項目。Catal. Today客座編輯、Chinese J. Chem. Eng. 青年編委。

所在科研團隊：天津大學一碳化工團隊

團隊依托于天津大學化工學院、“2011”天津化學化工協同中心、綠色合成與轉化教育部重點實驗室，瞄準能源多元化和高效清潔利用的重大科技問題，聚焦高效催化劑和綠色化學工藝的開發及應用，圍繞合成氣高效利用、CO₂捕集與轉化等一碳化學與化工的前沿熱點，從反應機理、催化劑設計、系統集成及工程化推廣等方面開展從基礎到應用的貫通式研究工作。

團隊在Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、 Angew. Chem. Int. Ed.、P. Natl. Acad. Sci. USA、 Nat. Nano.、Acc. Chem. Res.、Chem. Soc. Rev.、ACS Catal.、Appl. Catal. B、J Catal.等化學化工領域頂尖期刊發表SCI論文300余篇，他引超過10000次。被Nature China、JACS等亮點評述。近年來承擔了多項國家“863”計劃、國家重點研發計劃、國家自然科學基金重點項目、面上項目及重大產學研項目，與貴州鑫新、惠生集團等建成了中試研發基地、聯合研發中心。形成了草酸酯、乙二醇、乙醇等重要化學品生產工藝的具有自主知識產權的成套專利技術群，并在多套中試和工業生產裝置得到了成功應用。

團隊負責人：馬新賓

天津大學化工學院教授，博士生導師，長江學者、杰青、萬人計劃領軍人才。科技部重點領域創新團隊一碳化工團隊負責人，國家重點研發計劃“煤炭清潔高效利用”重點專項總體專家組副組長、“The Mission Innovation”國際創新聯盟CCUS方向中方負責人、凈零工業方向中方首席科學家，化工三大期刊IECR副主編，中國化工學會會士。長期致力于一碳反應機理、催化劑設計、系統集成和工程放大等研究，在化學化工國際頂級期刊 JACS、Nat. Commun.、Angew. Chem.、PNAS等化學化工國際頂尖期刊發表SCI論文300余篇，SCI他引10000余次，連續八年入選Elsevier中國高被引學者領域榜單，獲授權國際發明專利7項，授權中國發明專利61項。主持國家自然科學基金重點項目、“863”項目等10余項，大型產學研項目6項，獲國家自然科學獎二等獎、教育部技術發明一等獎、中國石油和化學工業聯合會技術發明一等獎、中國化工學會基礎研究成果一等獎、天津市專利金獎等科技獎勵，全國五一勞動獎章、侯德榜化工科技成就獎等榮譽。