5月10日，英格兰vs伊朗预测 微纳中心单斌教授团队在化工催化领域知名期刊《Chemical Engineering Journal》上发表了最新研究成果，论文标题为“Deciphering the stability mechanism of Pt-Ni/Al₂O₃ catalysts in syngas production via DRM（揭示铂-镍/氧化铝催化剂在甲烷干重整制备合成气过程中的稳定性机理）”，DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151966。这项研究利用ALD技术制备了Pt-Ni/Al2O3双金属催化剂，成功在650 ℃下进行了48小时的DRM反应，保持了高转化率，且未出现活性下降，但产生了与Ni/Al2O3相似的大量积碳现象。对于这一特殊的实验结果，研究人员进一步研究了积碳的性质随反应时间的变化情况，揭示了催化剂在发生积碳的同时仍能保持高稳定性的机理。这一研究成果深化了我们对Pt-Ni催化剂在DRM反应中积碳行为的理解，并为开发更稳定的Ni基催化剂系统提供了新思路。

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研究人员通过调节Ni/Al2O3基底表面Ni的化学状态以及ALD的沉积温度，制备了两种不同构型的Pt-Ni双金属催化剂：Pt-Ni合金和Pt表面修饰Ni纳米颗粒。通过X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）以及CO作为探针分子的漫反射傅里叶变换红外光谱（CO-DRIFTS）等手段对催化剂进行了结构表征，并揭示了不同工艺制备的Pt-Ni催化剂在构型上的差异。结果显示，Pt-Ni催化剂形成了PtNi合金，并且发生了Pt-Ni之间的电子转移。而采用预还原方法处理后在Ni/Al2O3表面进行Pt ALD沉积的PR Pt-Ni/Al2O3催化剂则未发生电子转移或形成合金相。

图2  催化剂的结构表征 (a) Pt-Ni/Al₂O₃, Ni/Al₂O₃, Pt/Al₂O₃催化剂的XRD图谱, (b) Pt/Al₂O₃, (c) PR 1% Pt-Ni/Al₂O₃, (d) 1% Pt-Ni/Al₂O₃催化剂的CO-DRIFTS光谱（自下而上，光谱分别对应CO吸附饱和后，经氩气吹扫2, 5, 8, 10, 14, 17, 20, 23, 27和30分钟后的情况。右上角的示意图展示了相应催化剂的结构，其中绿色球体代表Ni原子，黄色球体代表Pt原子）

研究人员对催化剂在650 ℃下的催化稳定性进行了详细测试。结果显示，两种构型的Pt-Ni催化剂均表现出了优异的稳定性。在最初的10小时内，催化剂经历了一个活化过程，随后在整个48小时的老化过程中保持了高活性。其中，Pt表面修饰Ni催化剂的转化率略高于PtNi合金样品的转化率，分别为74%和72%，而未加入Pt改性的Ni/Al2O3催化剂则迅速失活。这表明Pt的加入可以同时提升催化剂的初始活性及稳定性。随后，用热重分析（TGA）对催化剂的积碳含量进行了测试。结果如图3 (a)所显示，尽管Pt-Ni/Al2O3及PR 1% Pt-Ni/Al2O3样品在48小时内保持了高活性且没有出现衰减，但它们却生成了与Ni/Al2O3相近的积碳含量。这表明抑制积碳的生成并非本文所制备的Pt-Ni双金属催化剂提升DRM催化稳定性的原因。

图3  (a) 催化剂在老化48 h后的热重分析(TGA)及 (b) 拉曼光谱（其中I_D/I_G表示D带与G带的强度之比），(c) Ni/Al₂O₃及PR 1% Pt-Ni催化剂随着反应时间变化的积碳含量(TGA)及拉曼光谱中的D带与G带的强度之比(I_D/I_G)

图4  催化剂老化48 h后的形貌表征 (a-g) Ni/Al₂O₃催化剂在老化48 h后的TEM及EDS mapping图像，其中(f)为形貌结构示意图，(h-n) PR 1% Pt-Ni/Al₂O₃催化剂在老化48 h后的TEM及EDS mapping图像，其中(m)为形貌结构示意图

进一步研究表明，尽管产生了与Ni催化剂相近的积碳含量，但在老化48小时后，性能最优的Pt表面修饰Ni催化剂（PR 1% Pt-Ni）与Ni催化剂在DRM稳定性上存在显著差异（见图4）。这一差异归因于积碳的结构性质与位点的动态变化。具体来说，对于Pt表面修饰Ni催化剂，观察到CNTs逐渐沉积在Al2O3载体上，且石墨化程度较低（见图5）。由此产生的积碳未完全覆盖CH4的吸附、活化位点。然而，对于Ni催化剂，随着反应时间的延长，Ni纳米颗粒逐渐被大量低缺陷、高度石墨化的积碳包裹，阻碍了反应物在活性位点上的吸附，导致了催化剂的快速失活。

图5  Pt表面修饰Ni (PR Pt-Ni)与Ni/Al₂O₃催化剂的积碳机理示意图（图中展示了反应2 h与48 h的示意图，其中粉色长方体代表Al₂O₃载体，绿色小球代表Ni原子，黄色小球代表Pt原子，黑色不规则物体代表积碳）

本项工作通过精准制备Pt-Ni双金属催化剂，显著改善了Ni基催化剂在DRM反应中的性能。利用ALD技术在Al2O3载体上构筑了两种不同构型的Pt-Ni双金属催化剂：PtNi合金和Pt表面修饰的Ni催化剂。在DRM严重积碳的高温条件下（650 ℃），我们成功实现了Pt-Ni双金属催化剂的DRM催化活性和稳定性的双重提升。此外，我们首次对Pt/Ni和Ni催化剂的积碳性质随反应时间的动态变化进行了深入研究，并提出了新的抗积碳机理。我们揭示了Pt/Ni和Ni催化剂表面积碳的结构性质与活性位点在反应过程中的动态变化，为延长催化剂的使用寿命、解决DRM积碳失活问题提供了新的策略。

微纳中心硕士研究生赵瑞为第一作者，曹坤副教授、单斌教授为本文的共同通讯作者，英格兰vs伊朗预测 材料科学与工程学院材料成形于模具技术国家重点实验室为论文的第一完成单位（图1）。工作得到了加州大学河滨分校Fudong Liu教授和昆明贵金属研究所赵云昆研究员的大力支持。

2022世界杯晋级名额 设计与制造中心硕士研究生辛隽哲在“中国材料大会2022-2023”，E07-增材制造材料会场以《基于数字光固化技术的SiC陶瓷粉末改性研究》为题投稿了墙报展示，在交流环节积极与同行老师与学生互动，介绍工作亮点及设计思路，学习补充自身知识的不足。数字光固化技术（Digitai light processing，简称DLP）制备陶瓷材料具有成型精度高，表面质量好的优势。但是，碳化硅（SiC）陶瓷材料的DLP3D打印极具挑战性，这是因为陶瓷粉末本身通常具有非常高的紫外光(UV)吸收率。在本研究中，采用液相方法在SiC陶瓷粉末表面包覆氧化铝（Al₂O₃）的粉末改性措施来克服这个问题。0.5μm粒径的SiC粉末通过异丙醇铝水解、煅烧最终得到SiC@Al2O3陶瓷粉末。SiC@Al2O3粉末相比SiC纯相粉末在405nm处的吸光率数值从0.61下降到0.403，下降34%。两种粉末改性前后40vol.%的陶瓷浆料UV穿透深度从9.4μm增加至60.1µm。通过50小时静置实验，对比SiC@Al2O3浆料与纯SiC浆料，结果表明改性后浆料的稳定性大幅增加，不论粉末固含量变化，稳定性均提升75%。最后，采用SiC@Al₂O₃粉末成型得到的陶瓷素坯具有很高的力学性能与较好的表面质量，素坯的弯曲强度可达79.4MPa。本研究为SiC陶瓷DLP成型过程中的粉末吸光问题提供了一条很有希望的解决途径，并制备了具有优异光固化性能的浆料，成型了优质的SiC素坯。

辛隽哲表示通过参加本次学术年会，丰富、拓宽了自己的学术视野，了解到了国内外增材制造材料领域，尤其是先进陶瓷领域研究的最新成果和热点方向。充实了自身的知识储备，为后续的科研发展方向与实验设计提供了新的思路。

本次会议内容涵盖了国内外最前沿的催化研究课题，包括但不限于催化材料和催化剂制备科学与技术、催化材料和催化反应表征技术及理论、绿色催化、环境催化、能源催化、石油与化工工业催化过程中的科学及技术。会议程序包括大会特邀报告、主旨特邀报告、分会邀请报告、口头报告、墙报展讲、专题学术论坛等。会议邀请了中国科学院副院长张涛院士、中国石油化工股份有限公司谢在库院士、荷兰乌德勒支大学Bert M. Weckhuyse教授等专家学者分享交流催化领域的最新研究进展和成果。

微纳中心杨家强博士和刘璋、刘艳飞、韩雪洋、许辉、黄朝君、卢杞梓、马翔宇、陈曦等研究生积极参加了本次大会并参与了线上和线下墙报展讲环节。通过参加本次催化大会，同学们领略到了目前国内外催化领域研究的先进经验和热点方向，从催化剂材料到催化剂表征，从催化理论研究到催化新反应的发现，新的启发和别样的思路将对各位同学开展后续研究有深刻的借鉴。借助这次与海内外专家学者面对面的交流机会，同学们与各位催化界同行们相互切磋、相互学习，在展示自己课题近期的研究成果的同时虚心请教、畅所欲言，探讨着在“双碳”战略目标下的体会和期许。本次催化大会的成功举办极大地鼓舞了我国催化行业的广大同仁，在时代背景下抓住发展机遇攻克难关，为国家的可持续发展开疆拓土。

主要经历

• 2021.9- 英格兰vs伊朗预测 机械科学与工程学院 硕士
• 2017.9-2021.6 武汉理工大学机电工程学院 学士

研究方向

主要经历

• 2021.9- 英格兰vs伊朗预测 材料科学与工程学院 硕士
• 2017.9-2021.7 英格兰vs伊朗预测 材料科学与工程学院 学士

研究方向

主要经历

• 2021.9- 英格兰vs伊朗预测 机械科学与工程学院 硕士
• 2017.9-2021.6 英格兰vs伊朗预测 机械科学与工程学院 学士

研究方向

主要经历

• 2021.9- 英格兰vs伊朗预测 机械科学与工程学院 硕士
• 2017.9-2021.6 华南理工大学机械与汽车工程学院 学士

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主要经历

• 2021.9- 英格兰vs伊朗预测 机械科学与工程学院 硕士
• 2017.9-2021.6 武汉理工大学物流工程学院 学士

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主要经历

• 2021.9- 英格兰vs伊朗预测 材料科学与工程学院 硕士
• 2017.9-2021.6 东北大学机械工程与自动化学院 学士

研究方向

主要经历

• 2021.9- 英格兰vs伊朗预测 机械科学与工程学院 硕士
• 2017.9-2021.7 武汉理工大学机电工程学院 学士

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