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甲烷和二氧化碳作为两种主要的温室气体,过量排放会引起全球气候变暖,因此有效消除和利用温室气体吸引了广大研究者的兴趣。将CH4和CO2催化转化为合成气(H2和CO)是一种较为理想的途径。甲烷干重整反应是吸热反应,需要在高温下进行,催化剂容易因为积碳和烧结而失活,因此甲烷干重整催化剂研究的挑战在于提高催化剂的抗积碳性能和热稳定性。Ni基催化剂相对于贵金属催化剂来说价格低廉,资源丰富,并且对甲烷重整反应有较高的催化活性,因而成为主要研究热点之一。本论文通过正硅酸四乙酯(TEOS)和无机硝酸盐在硝酸溶液中的水解与缩合,采用一步法制备了一系列介孔Ni/La-Si复合氧化物催化剂并且采用多种表征手段研究了介孔Ni/La-Si催化剂的物相组成、介孔结构和物理化学性质。同时,研究了介孔Ni/La-Si系列催化剂在甲烷重整反应中的催化性能。具体内容如下:(1)在聚乙二醇(PEG)的辅助下,通过正硅酸乙酯(TEOS)和硝酸盐在硝酸溶液中的水解与缩合,首次采用一步法制备了具有高比表面积、大孔容和狭窄的孔径分布的介孔Ni-xLa-Si-P氧化物。氧化镍和氧化镧均匀分散在二氧化硅载体骨架中。在H2气氛下,NiO颗粒被还原为均匀分散的金属Ni颗粒。还原后的Ni/xLa-Si-P催化剂在甲烷干重整反应中表现出高活性和良好的稳定性,同时H2选择性近100%,即产物中的H2/CO接近于1。(2)在聚乙二醇(PEG)和乙二醇(EG)的辅助下,通过TEOS和硝酸盐在硝酸溶液中的水解与缩合,首次采用一步法制备了 Ni-La-Si复合氧化物并将其应用于甲烷干重整反应中。Ni-La-Si复合氧化物材料具有良好的介孔结构,狭窄的孔径分布和高比表面积。研究了 La的加入对于材料的结构、表面特性、Ni与载体之间的相互作用以及Ni物种的分散等方面的影响。NiO物种在H2气氛下还原后形成5-7nm的金属Ni超细纳米晶并且均匀分散在介孔二氧化硅载体中。Ni/La-Si催化剂在甲烷干重整反应中表现出超高的催化活性以及优异的抗积碳性能。La的加入有效地提高了Ni/La-Si催化剂中的Ni分散度、Ni活性位的重整速率和反应稳定性,同时显著抑制了逆水煤气反应(RWGS),从而得到100%的H2选择性,即产物中H2/CO=1:1。(3)一步法制备了不同Rh含量的nRhNi-La-Si催化剂(n为Rh的质量百分含量,n=0,0.5,1.0,1.5,2.0)并将其应用于甲烷干重整反应中。在H2气氛下,Rh与Ni的氧化物被还原,形成NiRh合金颗粒并均匀分散在Si02载体中。Rh的加入促进了 Ni物种在SiO2载体中的分散,并且显著提高了Ni/La-Si催化剂的催化活性和稳定性。同时,NiRh合金的形成增强了nRhNi-La-Si催化剂在甲烷干重整过程中的抗积碳性能。经过50 h的甲烷干重整反应,1.5RhNi/La-Si表现出最优的催化活性、稳定性和抗积碳性能。(4)制备了不同Ni含量和La含量的高分散mNi/xLa-Si催化剂并将其应用于水蒸气和二氧化碳联合重整甲烷反应(CSDRM)。La的加入提高了mNi/xLa-Si催化剂在CSDRM中的催化活性、稳定性以及抗积碳性能。研究了不同制备过程、Ni含量以及反应气中C02/H20(C/S)等因素对Ni/La-Si在CSDRM中催化性能的影响。在60 h的CSDRM过程中,在PEG和EG辅助下制备的17.5Ni/3.0La-Si表现出最好的催化活性、稳定性以及抗积碳性能。同时,通过调节反应气中的C/S比,能够精准地调控产物中的H2/CO摩尔比。当反应气中的C/S比为0.5时,产物中H2/CO摩尔比为2.01,接近CSDRM反应的计量比。