随着现代社会的快速发展,化石燃料的大量消耗带来了日益严重的环境问题,尤其是二氧化碳等温室气体大量排放导致的全球性气候变化。如何有效的转化温室气体降低温室效应是目前亟待解决的问题。甲烷二氧化碳重整反应可以同时利用CO₂和CH₄两种温室气体,生成高附加值的工业合成气,对削减CO₂排放和提高CH₄利用效率方面意义重大,因而在保护环境、资源利用、经济发展方面均具有重要的研究价值。然而,在甲烷二氧化碳重整反应中,最具工业应用前景的Ni基催化剂容易积碳和烧结导致催化剂失活。针对这个问题,本文以介孔Si O₂为载体,金属Ni为活性组分,通过高温热处理和第二金属的掺杂对载体表面Ni物种的形态进行调控,获得了高度分散且尺寸较小的Ni颗粒,并实现了Ni活性相的稳定,获得了具有优异催化性能的甲烷干重整催化剂。具体的工作如下:首先,本文探究了高温热处理对载体Si O₂表面Ni物种形态的影响,发现不同的热处理温度对载体表面Ni颗粒尺寸和分散度具有显著的调控作用。TEM结果显示,在700、800、900和1000°C高温处理后,催化剂的颗粒尺寸分别为16.9nm、14.5 nm、7.1 nm和18.4 nm,金属分散度分别4.9%、5.5%、23.4%和13.7%,由于适当的高温处理激发载体表面Ni物种的重构,使较大的Ni颗粒分散成均匀分布的小颗粒。根据H₂-TPR结果,这种小尺寸的Ni颗粒与载体间的相互作用更强,从而形成稳定的活性中心,明显的提高催化剂的催化性能。因此,在900°C热处理的催化剂呈现出最高的TOF(1.1 s^-1),并且在750°C连续反应34 h,催化活性基本不变,反应后仅生成少量的无定形积碳。随后,本文尝试采用更加简单的第二金属掺杂的方法实现对载体Si O₂表面Ni物种形态的调控,并探究了碱金属Ca O以及不同Ni/Ca对催化剂甲烷干重整性能的影响。本文发现Ca O的掺杂不仅可以增强金属-载体间的相互作用,而且有利于CO₂的吸附活化,加速中间C物种的去除。另外,适当的Ni/Ca可以进一步优化催化剂表面结构,其中Ni/Ca为3:2的催化剂展现出最大的比表面积和最小的颗粒尺寸（仅为3.73 nm）,并且在积碳生成的热力学活跃区连续反应48h,依然呈现出良好的稳定性。TG结果显示,随着Ni/Ca增加,反应后催化剂的积碳量分别31.7 wt%、8.6 wt%、4.2 wt%和12 wt%,表明适当的Ni/Ca可以显著地提高催化剂的抗积碳性。此外,Ni/Ca为3:2的催化剂也展现出优异的抗烧结性,反应后的Ni颗粒仅从3.73 nm增长到3.99 nm。综上所述,适当的条件可以调控介孔Si O₂表面Ni物种的存在形态,显著地增加催化剂的抗积碳和抗烧结性能。然而,经过长时间的测试催化剂仍然不可避免的生成积碳。因此,对于催化剂的反应机理以及碳沉积机理仍需深入的探究。