近日，中国科学技术大学教授曾杰团队通过调节金属-载体的相互作用，成功制备了小尺寸、高分散的溶出型钒纳米颗粒催化剂。该催化剂具有良好的抗烧结和抗积碳性能，在甲烷干重整反应中表现出色。5月22日，德国应用化学发布了相关成果。

甲烷干重整是将温室气体转化为高价值合成气体的有效途径。但由于强吸热性能的限制，甲烷干重整反应必须在600-900摄氏度的高温下进行。结合还原反应氛围，催化剂的稳定性面临严峻的考验。与传统的负载催化剂相比，溶解催化剂具有嵌入式结构和丰富的界面，表现出更强的热稳定性和机械稳定性。为了提高金属阳离子的溶解程度，研究人员开发了各种影响因粒度缺氧的策略，如掺杂、物相应力、阳离子交换等。然而，对于一般的结构溶解，它仍然存在于缺氧。

在这项工作中，研究人员从金属-载体相互作用的角度探索了溶解动力学，并比较了溶解在不同稀土氧化物中的钒纳米颗粒的结构差异。一系列原位表征表明，钒-二元氧化物之间的弱相互作用导致钒物种的快速溶解和随后的烧结，而钒-二元氧化物之间的强相互作用导致钒物种的溶解缓慢和暴露受限。研究人员采取了溶解金属钒-三元氧化物的策略，获得了高密度、分散性好的钒纳米颗粒，证明了平衡金属-载体相互作用的必要性。

催化研究表明，在甲烷干重整的苛刻反应条件下，溶解后的钒-三元氧化物具有高活性和长期稳定性。研究人员分析了钒-二元氧化物、钒-二元氧化物和负载钒纳米颗粒催化剂的失活情况，发现单一金属与载体的相互作用或弱金属-载体的相互作用难以抑制钒物种的烧结，可能导致积碳的产生，从而危及催化剂的稳定性。平衡金属-载体的相互作用可以帮助纳米颗粒的均匀分析和结构的稳定性，并为未来的甲烷干燥提供效果。