近日，“自然-催化”（Nature Catalysis）期刊发表中国科学院大连化学物理研究所牵头的联合科研发现，揭示了镍基催化剂在甲烷部分氧化制合成气反应中的真实活性中心，同时打破了长期以来“高效POM反应必须依赖高负载金属Ni纳米颗粒”的传统认知。

论文地址：https://www.nature.com/articles/s41929-026-01580-1

甲烷部分氧化生成合成气

甲烷制合成气（2CH₄+O₂→2CO+4H₂）是天然气高效利用的重要工业路线，贵金属催化剂表现优秀，但成本高昂。镍基催化剂具有显著的成本优势，提升其催化活性就成为产业研究热点。长期以来，学术界普遍认为金属Ni纳米颗粒是POM反应的活性物种，并认为维持Ni表面的还原态对高转化率和选择性至关重要。基于这一认知，研究者通常采用高Ni负载量（一般超过10wt%）的催化剂，以确保反应条件下有足够的金属Ni活性位点。但是，Ni纳米颗粒在高温下容易烧结和积碳，导致催化剂失活；而且合成气产物在高温下的还原性会生成金属Ni，这表明镍未必提供活性。

揭示NiO/Al₂O₃表面原位重构活性位点驱动反应示意

研究团队采用微乳液法制备了Ni负载量仅为0.8wt%的Ni/Al₂O₃催化剂，并与传统浸渍法制备的同负载量催化剂及高负载量（8.0wt%）催化剂进行了对比。在650℃的反应条件下，微乳液法制备的低负载催化剂实现了92.0%的甲烷转化率，CO和H₂选择性均达到87.0%，H₂/CO摩尔比稳定维持在2.0。这一性能与高负载量（8.0wt%）催化剂相当，而同样采用浸渍法制备的低负载量催化剂在相同条件下仅表现出12.5%的转化率，且几乎不生成CO和H₂。通过计算和实验相互印证，研究团队识别出的真实活性位点是NiO表面原位重构形成的特定结构单元[Ni₁O₁Ni₄]。

本次发现表明，催化剂的活性相可能并非反应前或反应后所观测到的稳态结构，而是在反应条件下动态形成的特定构型，也为其他高温氧化还原催化体系的设计提供了理论依据与调控思路。

编译整理 YUXI