随着全球对碳减排技术的逐渐重视,以及我国双碳发展战略的提出,CO2耦合来自可再生能源的“绿氢”转化制化学品成为CO2资源化利用的研究热点之一。CO2甲烷化可将可再生能源储存到理想能量载体甲烷（CH4）中,是煤炭清洁利用、“电转气”技术的重要组成部分。但该反应存在热力学动力学不匹配的问题:热力学低温有利,但低温下反应受动力学限制、CO2难以高效活化转化。因此,研发低温下兼具高反应活性、高稳定性的催化剂具有挑战。水滑石（Layered Double Hydroxide,LDH）可在空气或还原气氛处理后原位拓扑转化为具有特定形貌和结构的金属氧化物或金属-金属氧化物复合物,广泛用于CO2加氢反应。过渡金属Co表现出优异的CO2活化能力和加氢反应活性。因此,研究LDH衍生Co基低温CO2甲烷化催化剂具有重要意义。基于此,本论文以实现低温高活性CO2甲烷化为出发点,设计合成了 CoAl-LDH衍生的CoAlO催化剂。通过对催化剂活化条件和原料配比的调变,实现了 CO2低温吸附活化。通过对催化剂微观结构、物相、还原行为和表面性质的表征,结合催化剂性能评价,探究了催化剂结构和性能的构效关系,为低温甲烷化催化剂设计提供了一定理论指导。获得的主要结果如下:1.研究了 LDH焙烧后还原制备的Co-Al-O-T催化剂催化CO2低温甲烷化性能。考察了催化剂活化条件对催化剂结构和反应性能的影响。结果表明,催化剂表面活性金属含量和碱性位点数量随还原温度升高先增加后降低。其中,600℃还原的Co-Al-O-600样品表现出最高的Co0含量和碱性位点数量,促进了CO2和H2分子低温吸附活化,250℃反应时,CO2转化率达74%,CH4的选择性为99%。300℃时CO2转化率达83%,CH4选择性接近100%,240 h反应中保持稳定。在较低的还原温度下,Co2+物种不能完全还原为活性金属Co;在较高的还原温度下,Co0物种迁移团聚且孔结构在高温下受到一定程度破坏,限制了促进CO2加氢反应的角落和边缘位点的暴露,均导致催化剂较低的反应活性。原位XRD表征了催化剂前驱体物相动态演变过程,揭示了活性金属物相由混合金属氧化物还原生成机理;原位DRIFTS揭示了CO2经HCOO*和/或CO3*中间体与解离活化的H原子逐步加氢合成CH4的多路径反应网络。2.LDH焙烧后还原得到的Co-Al-O-T催化剂初始反应诱导期较长,针对这一问题,进一步研究了 LDH直接还原制备的CoAlO-x催化剂催化CO2甲烷化性能,考察了催化剂Co/Al比对催化剂结构和反应性能的影响。结果表明,Co/Al 比影响催化剂形貌,低Co/Al比时催化剂为较大比表面积的卷曲纳米片状结构,高Co/Al 比时催化剂为尺寸较大的花状纳米片状结构;催化剂表面活性金属含量和碱性位点数量随Co/Al 比升高先增加后降低,其中,CoAlO-1样品表现为典型的卷曲纳米片状结构、较高的表面Co0含量和碱性位点数量,300℃,常压下CO2转化率达64%,CH4选择性100%。原位XRD证实,相比LDH焙烧后得到的混合氧化物前驱体,LDH材料具有更强的还原性,可大幅缩短反应诱导期。Co/Al比较低时,降低了载体利用率和催化剂表面活性Co0物种含量;Co/Al比较高时,颗粒尺寸的增加导致金属物种与载体之间的相互作用增强,促进了难还原尖晶石物种的形成;同时,较大的晶粒尺寸不利于暴露具有高CO2催化加氢活性的角落和边缘位点,导致催化剂活性较低。