二氧化碳的大量排放是全球温室效应日益严峻的主要原因之一,它严重影响人类的生存环境。二氧化碳加氢制高附加值化学品或燃料是解决碳排放问题并具有经济效益与环境效益的有效途径。二氧化碳甲烷化是二氧化碳加氢的基础反应,具有重要的研究价值,对此展开研究有利于加深对二氧化碳加氢反应的理解并为开发成本低、活性高、稳定性强的新型工业催化剂提供参考。本论文以Ni/TiO₂催化剂为研究对象,全面考察了催化剂的二氧化碳甲烷化性能,系统探讨了催化剂的构-效关系,准确研究了本征反应动力学,深入揭示了催化反应的关键中间体。首先,采用浸渍法合成3%-15%不同金属负载量的Ni/TiO₂催化剂,并用于二氧化碳甲烷化反应测试以及结构表征,发现金属尺寸与催化性能密切相关。在结构上,不同金属负载量催化剂具有相似的比表面积、孔结构、形貌,但不同的金属尺寸;在性能上,3%Ni/TiO₂一氧化碳选择性约为99%,15%Ni/TiO₂甲烷选择性超过95%,随镍负载量增加,主产物由一氧化碳过度为甲烷。其次,结合TEM、TPR、XPS、化学吸附等表征进一步研究,结果表明金属-载体强相互作用发挥更本质的作用,TiO_x对金属Ni不同程度的包覆导致催化剂表面还原态的Ni不同,从而改变了催化剂的供氢能力,进而影响了中间物种的加氢转化。在15%Ni/TiO₂催化剂上采用还原-氧化-还原（ROR）处理调变金属-载体强相互作用,基本实现了对催化性能的可逆调节,并从实验上验证了金属-载体强相互作用对性能的影响:高温还原后,15%Ni/TiO₂催化剂表现出金属-载体强相互作用加强后吸氢能力降低的特征,即二氧化碳转化率降至2%左右,一氧化碳选择性超99%;附加高温氧化后,催化剂表现出去包封后的特征,催化性能基本恢复,催化剂二氧化碳转化率7.4%而甲烷选择性95%。随后,设计动力学实验研究3%Ni/TiO₂和15%Ni/TiO₂的动力学行为,结果表明3%Ni/TiO₂主要进行逆水煤气反应,而15%Ni/TiO₂主要进行二氧化碳甲烷化反应;另外,在15%Ni/TiO₂上,氢气的分压与甲烷生成速率密切相关。最后,采用原位红外光谱研究二氧化碳动态转化,结果表明TiO₂负责二氧化碳活化,Ni负责加氢转化,甲酸盐是生成一氧化碳和甲烷的关键中间体。3%Ni/TiO₂催化剂供氢弱,甲酸盐倾向于分解产生一氧化碳;15%Ni/TiO₂催化剂供氢强,甲酸盐主要加氢生成甲烷。