二氧化碳甲烷化技术因其可以将产物连接至现有天然气管道以及相应的工业系统，而成为了一种具有广阔发展前景的技术。尽管Ni/Al₂O₃催化剂在二氧化碳甲烷化反应中具有较高的性能，但其低温催化性能仍需进一步提升。CeO₂可以调节金属载体相互作用并增强活性金属位点的分散性，其常用作催化剂的结构和电子助剂。本文将CeO₂掺杂到Ni/Al₂O₃催化剂中，并采用层叠催化剂装填方式，以此促进二氧化碳甲烷化反应过程。

本文合成了一系列具有不同CeO₂掺杂量的Ni/CeO₂/Al₂O₃催化剂，以此加强低温下的二氧化碳甲烷化反应。适量的CeO₂掺杂（5%（mass））使得催化剂形成了Ni-CeO₂交界面并削弱了活性组分Ni和Al₂O₃载体之间的相互作用。同时，在还原过程中，氢溢流使得催化剂表面形成了Ce³⁺位点和氧空位，形成了新的、用于吸附和活化反应物的位点。催化性能测试表明，CeO₂的掺杂显著提高了对于二氧化碳甲烷化的催化能力。本文提出一种新的催化剂装填方式，即在WHSV=9000 ml·h⁻¹·g_cat⁻¹条件下，将催化剂分为三段装填，各催化剂床层温度沿反应器轴向分别设置为330 ℃、300 ℃和250 ℃。在此条件下，二氧化碳转化率高达95%，接近于反应平衡，实现了对于低温区间催化能力的增强。

不同CeO₂掺杂量的Ni/CeO₂/Al₂O₃催化剂XRD结果显示，没有明显的CeO₂的信号，说明其分散度很高，且Ni（111）的特征峰（2θ=44.5°）向低角度偏移，说明CeO₂掺杂进Ni的晶格中，造成了晶格的扩张。同时，HRTEM仅在CeO₂含量最高的40Ni10Ce样品中检测到了CeO₂（111）的晶格信号，印证了XRD的结果。N₂物理吸附的结果表明，CeO₂掺杂使得其可以占据并部分堵塞了催化剂的孔道结构，造成了比表面积的减小（212 m²·g⁻¹至160 m²·g⁻¹）。

通讯作者：李茂帅，天津大学化工学院副教授，博士生导师，致力于合成气及CO₂加氢制低碳燃料、氢甲酰化等绿色化学工艺和非均相催化过程研究。在国际高水平期刊ACS Catal.、 Appl. Catal. B、J. Catal.等发表论文50余篇，授权中国发明专利6项，主持国家自然科学基金、重点研发计划子课题等国家级和国际合作产学研项目。Catal. Today客座编辑、Chinese J. Chem. Eng. 青年编委。

所在科研团队：天津大学一碳化工团队

团队依托于天津大学化工学院、“2011”天津化学化工协同中心、绿色合成与转化教育部重点实验室，瞄准能源多元化和高效清洁利用的重大科技问题，聚焦高效催化剂和绿色化学工艺的开发及应用，围绕合成气高效利用、CO₂捕集与转化等一碳化学与化工的前沿热点，从反应机理、催化剂设计、系统集成及工程化推广等方面开展从基础到应用的贯通式研究工作。

团队在Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、 Angew. Chem. Int. Ed.、P. Natl. Acad. Sci. USA、 Nat. Nano.、Acc. Chem. Res.、Chem. Soc. Rev.、ACS Catal.、Appl. Catal. B、J Catal.等化学化工领域顶尖期刊发表SCI论文300余篇，他引超过10000次。被Nature China、JACS等亮点评述。近年来承担了多项国家“863”计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、面上项目及重大产学研项目，与贵州鑫新、惠生集团等建成了中试研发基地、联合研发中心。形成了草酸酯、乙二醇、乙醇等重要化学品生产工艺的具有自主知识产权的成套专利技术群，并在多套中试和工业生产装置得到了成功应用。

团队负责人：马新宾

天津大学化工学院教授，博士生导师，长江学者、杰青、万人计划领军人才。科技部重点领域创新团队一碳化工团队负责人，国家重点研发计划“煤炭清洁高效利用”重点专项总体专家组副组长、“The Mission Innovation”国际创新联盟CCUS方向中方负责人、净零工业方向中方首席科学家，化工三大期刊IECR副主编，中国化工学会会士。长期致力于一碳反应机理、催化剂设计、系统集成和工程放大等研究，在化学化工国际顶级期刊 JACS、Nat. Commun.、Angew. Chem.、PNAS等化学化工国际顶尖期刊发表SCI论文300余篇，SCI他引10000余次，连续八年入选Elsevier中国高被引学者领域榜单，获授权国际发明专利7项，授权中国发明专利61项。主持国家自然科学基金重点项目、“863”项目等10余项，大型产学研项目6项，获国家自然科学奖二等奖、教育部技术发明一等奖、中国石油和化学工业联合会技术发明一等奖、中国化工学会基础研究成果一等奖、天津市专利金奖等科技奖励，全国五一劳动奖章、侯德榜化工科技成就奖等荣誉。