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。

中国科学院兰州化学物理研究所低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室丑凌军研究员团队长期致力于高性能DRM催化剂研究。前期，团队利用蒸发诱导自组装法制备了一系列有序介孔氧化铝负载型Ni催化剂，发展了“有序介孔限域”策略用于构建高效DRM催化剂。近年来，聚焦低Ni含量的高效DRM催化剂体系的构建，如通过构建Ni-La₂O₂CO₃（Catal. Today, 2022, 402, 189-201）和Ni-Pr/Al₂O₃（Mol. Catal., 2026, 588, 115528），揭示了界面协同作用对CH₄/CO₂活化路径的调控机制。

近日，该团队联合中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院和英国卡迪夫大学，在抗积炭Ni/Al₂O₃催化剂的设计与反应机理领域取得重要突破。团队揭示了NiAl₂O₄在低温DRM中的关键作用，填补了相关研究多聚焦中高温体系的空白，为低温抗积碳DRM催化剂的理性设计提供了全新范式。

图1.(a) Ni⁰/NiAl₂O₄/Al₂O₃制备示意图； (b) 各还原温度下的催化剂归一化Ni K-edge XANES光谱；(c) 5Ni/Al₂O₃-R600的线性组合拟合（LCF）结果；（d）催化剂5Ni/Al₂O₃-600和5Ni/Al₂O₃-800的DRM反应机理示意图

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，Ni⁰/NiAl₂O₄/Al₂O₃界面结构在600℃，150 L·g_cat^-1·h^-1的反应条件下反应50h后活性无明显下降，而Ni⁰/Al₂O₃结构在反应20h后，CH₄转化率降低至初始转化率的约70%。TG-DSC、Raman和O₂-TPO证明，Ni⁰/NiAl₂O₄/Al₂O₃界面结构有效降低了CH₄裂解过程中难以氧化的石墨碳的比例和抑制了CO歧化。脉冲实验和原位DRIFTS，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。

相关研究成果以“Coke-resistant Ni/Al₂O₃ catalysts for low-temperature dry reforming of methane via Ni⁰/NiAl₂O₄ interface control”为题，发表在Applied Catalysis B: Environment and Energy（DOI：10.1016/j.apcatb.2026.126705）上。兰州化物所赵华华研究员、丑凌军研究员和英国卡迪夫大学Graham J. Hutchings教授为共同通讯作者，兰州化物所为第一完成单位。

上述研究得到了国家留学基金委“访问学者”项目、甘肃省重大专项计划以及中国科学院“西部之光”人才计划等项目的支持。