原位掺杂与空位调节耦合诱导Ni/CaTiO3中金属-载体间的强相互作用促进增压光热CO2甲烷化

第一作者： Zhimin Yuan

通讯作者： 兰亚乾、台夕市、姜在勇、 魏巍

通讯单位： 华南师范大学、潍坊学院、山东大学

大量的能源消耗正在导致大气中二氧化碳浓度的显著上升。随之而来的是严重的环境问题。其中将二氧化碳转化为有价值的化学品和燃料是一个特别有希望的解决方案。

本文合成了一种由 Ni 和 Ni 掺杂的 CaTiO ₃ 组成的新型复合 Ni/CaTiO ₃ 催化剂，并将其用于 CO ₂ 甲烷化。

要点 1. 本文以 CaTiO ₃ 为载体， Ni 为活性金属，制备了新型光热甲烷化 Ni/CaTiO ₃ 催化剂。由于 Ni 原子在界面上部分取代了 Ti 原子，构建了具有明显 SMSI 的 Ni 掺杂 CaTiO ₃ 界面。测试结果表明，优化后的催化剂在常压条件下的 CO ₂ 转化率为 87.77% ， CH ₄ 生成率为 3.12 mol g _Ni ⁻¹ h ⁻¹ ， CH ₄ 选择性为 ≈ 100% 。

要点 2 . 实验和 DFT 计算结果表明，在 CaTiO ₃ 中掺杂 Ni 可以增强和稳定由丰富的氧空位引起的表面受挫路易斯对（ SFLPs ）的形成。金属 Ni 的电子特性调控有利于 H 在金属 Ni 位点的迁移。此外，通过降低界面处从 *COOH 到 *CO 过渡的能垒，优化了 CO ₂ 的吸附和中间体的生成途径。最后，多种优化的协同作用使甲烷化反应有效进行。

图 1 ： a) 原始 CaTiO ₃ 和 Ni/CaTiO ₃ -X 样品的 PXRD 图谱。 b) PXRD 图的部分放大。 c-f) Ca, Ti ， O ， Ni 的 XPS 结果。 g) （左） CaTiO ₃ 、（中） CaTi _x Ni _y O ₃ 、（右） Ca _x Ni _y TiO ₃ 的上三层俯视图。 h,i) 原始 CaTiO ₃ 和 CaTiO ₃ -H ₂ 样品的 EPR 和拉曼光谱图像。 j) 计算了 CaTiO ₃ （ 110 ）和 Ni 掺杂 CaTiO ₃ （ 110 ）表面 O 空位的形成能；插图是 Ni 掺杂 CaTiO ₃ （ 110 ）表面的构型。

图 3 ： a) CaTiO ₃ 、 CaTiO ₃ -H ₂ 和 Ni/CaTiO ₃ -3 样品的 CO ₂ TPD 图像和 b) H ₂ TPD 。 c,d) CaTiO ₃ 和 Ni/CaTiO ₃ - X 样品在光照和黑暗下的 CO ₂ 转化。 e) 230°C+ 光照下 Ni/CaTiO ₃ -X 样品 CH ₄ 生成速率和 f) CH ₄ 选择性。流量测量条件：常压， H ₂ :CO ₂ = 4:1 （ 1.6 mL mi ⁻¹ n:0.4 mL mi ⁻¹ n ）。

参考文献 ： Zhimin Yuan, Baokun Zhang, Xianglin Zhu. et al. In situ Doping Coupling With Vacancy Regulation Induced Strong Metal-Support Interaction in Ni/CaTiO ₃ to Boost Supercharged Photothermal CO ₂ Methanation. Advanced Functional Materials. (202 5 ).

文献链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202503531

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