CO₂是温室气体的主要成分,也是一种储量丰富、廉价易得的碳资源,借助可再生能源的CO₂的资源化利用是实现可持续发展战略的有效途径之一,将CO₂化为高附加值的化学品有望缓解人类因过量使用化石能源所造成的能源危机及环境恶化问题。Ni基催化剂因价格低廉,且对CO₂加氢反应催化活性及选择性都很高而吸引了广泛关注。但传统Ni基催化剂催化温度较高（250℃～450℃）使得能耗高且设备复杂,在长时间反应过程中催化剂容易积碳、团聚,进而导致催化剂失活,成为制约其工业化应用的瓶颈,因此寻找一种能在温和条件下进行CO₂定向转化的方法或者催化剂是研究者们努力的重要方向。本论文以RNi₅（R=La,Ce,Pr,Nd,Sm等）稀土储氢合金作为制备催化剂的前驱体,一方面,旨在获得室温球磨条件下具有高催化活性、高选择性的甲烷化反应催化剂,而另一方面,希望利用La Ni₅的室温吸氢特性,为工业废氢的增值利用开发新途径。首先,尝试了球磨RNi₅-[H₂+CO₂+Ar]体系的CO₂甲烷化反应。在RNi₅催化作用下,利用机械化学力代替热能实现CO₂的室温还原,分析了球磨转速、反应气体气压、不同氢源,循环次数和储氢合金类型对催化性能的影响。在500 rpm,0.3 MPa气压条件,La Ni₅-[H₂+CO₂+Ar]体系甲烷产率可达83.8%。通过对La Ni₅-[H₂+CO₂+Ar]体系球磨反应过程的跟踪测试,阐明了储氢合金在CO₂加氢反应中的作用机理,观察到La Ni₅合金先发生吸氢反应并生成氢化物La Ni₅H₆,随后在球磨的作用下发生氢化物与CO₂反应并提供活性H原子,反应产物Ni/La₂O₃为甲烷化反应的催化剂并由于活性H原子使得甲烷化反应在室温即可进行。采用半原位FTIR分析方法,观察到该体系中CO₂甲烷化反应路径沿着甲酸根路径转变为甲烷。接着,采用碳酸盐作为CO₂气源,La Ni₅H₆作为氢源和催化剂前驱体,首次在球磨条件下实现了碳酸盐的室温甲烷化反应。为了便于对比,还测试了H₂来源、H₂与碳酸盐比例、碳酸盐类型和储氢合金氢化物类型对反应性能的影响,La Ni₅H₆,H₂:La₂O₂CO₃=12:1时CH₄产率能达到91.9%,同等条件下Na₂CO₃及Ca CO₃还原生成CH₄的产率为30.3%和30.8%。同时,该实验中还对比了氢化物中活性H原子与气相H₂供氢对甲烷化反应的影响。最后,为了进一步提高催化剂的活性及稳定性,通过对催化剂载体的优化设计,搭建与均相催化剂化学环境类似的高分散催化剂（单原子催化剂）,采用介质阻挡放电等离子辅助球磨技术（DBDP-BM）制备活性更高、稳定性更强的缺陷石墨烯负载Ru（Ru/DG）催化剂。借助DBDP技术对载体石墨烯进行刻蚀,使其表面生成丰富缺陷进而锚定Ru原子,形成Ru纳米颗粒甚至Ru单原子。通过对等离子体气体类型、气压的调控,制备了Ru/DG以及掺氮Ru/DG。在0.5 atm N₂ DBDP-BM条件下制得的Ru/NG催化剂,在250℃时CH₄产率达到62.3%,且在长时间循环后仍性能稳定。