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大量化石燃料的燃烧,导致大气中的CO2含量逐年猛增,加剧了温室效应,从而严重破坏了生态环境平衡。因此,如何有效降低大气中的CO2浓度并实现碳资源的循环利用逐渐引起了人们的研究兴趣。目前,CO2甲烷化反应受到了人们的广泛关注。这主要是因为CO2甲烷化反应不仅有利于降低空气中CO2的浓度,而且甲烷化反应的产物CH4是一种高热值的清洁能源。通过甲烷化反应还可以高效利用碳资源,实现我国的碳达峰和碳中和目标。催化剂是决定CO2甲烷化工艺能否工业化应用的关键。贵金属催化剂虽然低温活性很高,但是价格极其昂贵,因此限制了其工业化应用。而非贵金属Ni基催化剂由于其成本低廉、催化活性较高和优异的CH4选择性被广泛应用于CO2甲烷化反应。但是,研究发现Ni基催化剂在实际应用过程中存在低温活性差、起活温度高、催化剂在高温下存在易团聚、烧结以及积碳的问题,从而导致催化剂的使用寿命缩短并增加了工业成本。因此,开发具有优异低温活性和高稳定性的Ni基催化剂具有十分重要的现实意义,同时也是一项非常具有挑战性的工作。综上所述,本文以水滑石（LDHs）为前驱体,通过调控LDHs的制备过程和添加助剂等方法制备了一系列LDHs衍生的Ni基催化剂并用于CO2甲烷化反应,还探究了催化剂在甲烷化反应中的构效关系。本文的核心内容包括:（1）以NaY分子筛作为铝源,采用自牺牲模板法成功制备了具有类海胆状和类银耳状的NaY分子筛负载的镍铝水滑石前驱体（NaY-Nix-LDHs）。将NaY-Nix-LDHs前驱体原位还原后得到的Ni基催化剂仍然保持了 LDHs前驱体的形貌。同时,该催化剂还保留了 NaY分子筛的介孔结构。结合H2-TPR、H2-TPD以及TEM等结果发现,当Ni的摩尔量是5 mmol时,NaY分子筛负载的Ni基催化剂（NaY-Ni5-R）的氢吸附量最大（622 umol/g）、Ni纳米颗粒分散度最高（12.6%）和中等碱性位点最多。因此,NaY-Ni5-R催化剂在CO2甲烷化反应中的活性最高,在350℃,0.1 MPa,GSHV为30,000 mL·g-1·h-1下CO2的转化率和CH4的选择性分别为88%和100%。通过表征结果和性能评价数据,阐明了催化剂的性能与活性位点数量和CO2吸附活化的依赖机制,为高活性和优异稳定性甲烷化催化剂的可控制备提供了一种有效策略。（2）通过在LDHs前驱体的合成过程中添加少量的Co元素,成功制备了掺杂Co的Ni基催化剂并将其用于CO2甲烷化反应。结合XRD、H2-TPR、CO2-TPD以及TEM等实验数据发现,掺杂适量的助剂Co能够有效调控催化剂的Ni纳米颗粒尺寸、Ni物种与AlOx基底间的相互作用、催化剂表面的碱性位点数量,从而明显提高LDHs衍生掺杂Co的Ni基催化剂的低温催化活性。当反应温度为250℃时,NiCo0.5Al-R催化剂上的CO2转化率能够达到81%。另外,由于AlOx基底对Ni纳米颗粒的空间位阻效应有效抑制了 CO2甲烷化反应过程中Ni颗粒的团聚和烧结现象,从而显著提高了催化剂的稳定性。另外,动力学实验结果表明掺杂Co增加了催化剂对CO2的吸附和H2的解离能力,在NiCo0.5Al-R催化剂上甲烷化反应的活化能最小,因此加入Co有利于CH4的生成。（3）通过调控Ni和Co的摩尔比成功制备了镍钴铝前驱体（NixCoyAl-LDHs）,SEM结果表明NixCoyAl-LDHs为尺寸均匀的纳米片状结构。将NixCoyAl-LDHs前驱体原位还原后得到了 NiCo合金催化剂。通过CO2甲烷化性能测试发现,Ni7Co3Al-R催化剂在250℃时CO2转化率可达到74%,而相同条件下NiAl-R和CoAl-R催化剂上的CO2转化率则分别只有26%和30%。根据H2-TPR、CO2-TPD、XPS以及TEM-EDS等结果可知,NiCo合金催化剂中活性相的颗粒尺寸小、暴露的活性位点多以及存在双金属间的相互协同促进作用,因此NiCo合金催化剂具有优异的低温催化活性。另外,寿命测试结果表明NiCo合金催化剂在CO2甲烷化反应中反应180 h仍然保持超高的稳定性。这主要是由于NixCoyAl-LDHs前驱体原位还原制备的NiCo合金催化剂具有独特的镶嵌结构,并且NiCo合金纳米颗粒高度均匀地分散在AlOx基底中,AlOx基底的空间位阻效应有利于提高NiCo合金纳米颗粒的稳定性。（4）通过CO2甲烷化反应的动力学研究,发现掺杂Co和合金结构的形成增加了 CO2和H2的反应级数,降低了甲烷化反应的活化能,促进了 CH4的生成。通过原位FTIR表征结果,发现甲烷化反应在CoAl-R催化剂上遵循的是HCOOH机理,而在NaY分子筛负载LDHs衍生的Ni基催化剂（NaY-Nix-R）、LDHs衍生的掺杂Co的Ni基催化剂（NiCoxAl-R）、合金催化剂（NixCoyAl-R）上都遵循包含 CO 中间体的反应机理,其可能的反应路径为:CO2→CO2*→HCO3*/CO3*→HCOO*→CO*→CH4。其中 HCO3*、CO3*、CO*和HCOO*是反应的重要中间体,这些中间体通过脱氧或者加氢进一步生成CO或者CH4产物。此外,实验结果表明Ni的摩尔量和Co的掺杂并未明显改变催化剂表面吸附中间体的种类,因此对LDHs衍生的Ni基催化剂上的CO2甲烷化反应机理几乎无影响。甲烷化反应机理的研究对于可控制备低温高活性的Ni基催化剂提供了理论依据。