近年来,温室气体CO2的大量排放给地球生态环境带来了严重的影响,如何消除并利用二氧化碳成为全世界需要共同面对的议题。逆水煤气变换（RWGS）反应作为CO2加氢反应中的重要子反应之一,不仅能够有效的消除CO2,同时也能够利用CO2这种廉价绿色碳源生成CO并进一步经由费托合成等反应得到高价值的碳衍生化学品,从而实现CO2资源的利用。对于RWGS反应而言,受限于其平衡转化率等因素,其在高温下是动力学和热力学有利。非贵金属负载型RWGS催化剂常用于催化高温段反应,其具有价格低廉,储量丰富,且高温转化率较好的优点。然而由于反应温度区间较高,活性金属极易发生团聚现象导致催化剂在反应过程中发生失活,大大影响催化剂的使用性能。因此,本论文主要采用经典的催化剂载体TiO2负载非贵金属Ni或者Co,通过对载体或者负载金属的调控,在获得RWGS高活性的同时能够维持催化剂的高稳定性,并采用一系列原位以及非原位的手段探究催化剂的形貌结构以及构效关系。本工作具体的研究内容如下:1、羟基化TiO2负载稳定Ni团簇催化剂催化RWGS反应Ni基催化剂在RWGS反应中具有优异的催化性能,然而Ni物种在高温下极易团聚失活造成催化剂的活性下降。在本工作中,采用水热法在碱性环境下对商业TiO2进行重构改性,在其表面构筑-OH物种。并通过简单的沉积沉淀法在其上负载10 wt.%的Ni,然后进行空气煅烧。结果显示该催化剂具有优异的催化活性,500℃时的CO生成速率可达520.1 μmolCO·gcat-1·s-1,为文献中报道的催化剂反应速率的数倍。同时,该催化剂的长时间稳定性也表现良好,在600 ℃的高温和400,000 mL·gcat-1·h-1的高空速下依旧能够保持300 h以上的稳定性,具有超乎寻常的催化性能。通过球差电镜,原位红外,准原位XPS等表征手段,我们发现载体上大量的-OH物种对载体上的活性金属具有稳定作用。同时,该催化剂在RWGS反应中可以原位生成1 nm左右的Ni团簇物种。稳定的Ni团簇对催化剂的催化性能的提升具有直接贡献。该工作开发了一种通过催化剂表面羟基化制备较为简单稳定团簇Ni物种的方法,为合成金属团簇物种提供了新策略。2、Co/TiO2催化剂催化RWGS反应实现活性位点和积炭位点分离Co金属作为一种常见的过渡金属,被广泛的应用于催化反应当中。然而Co基催化剂在含碳气氛中易于生长碳纳米管,会造成催化活性位点的覆盖,进而导致催化活性下降,稳定性较差。在本工作中,我们通过水热法合成了TiO2,并通过沉积沉淀法成功制备了不同Co质量分数的负载型催化剂。通过对催化剂进行RWGS催化性能评估,发现15Co/TiO2-T-500催化剂具有更为优异的催化性能。通过XRD、Raman、TEM以及XPS等表征手段,证实了反应前催化剂具有大量的正价态Co物种,而反应后的催化剂中依旧是正价态的Co物种占主导。同时通过高分辨电镜的表征也发现催化剂上存在两种形式的Co物种:团簇以及大颗粒。大颗粒Co附近有大量碳纳米管生成,然而却并未影响催化剂的CO2转化率和稳定性,这说明催化剂的积炭位点并不是活性位点,而团簇Co对活性起主要贡献。活性位点与积炭位点的分离保证了催化剂良好的催化性能,也为该类催化剂的提供了新的稳定性策略。