温室效应引起的全球变暖现象愈发严重。为降低碳排放,实现CO₂的资源化利用,CO₂甲烷化反应成为研究热点。目前,该反应亟待解决的问题有两个,包括提高Ni基催化剂的低温性能及热稳定性。众多研究表明,提高活性组分的分散度及催化体系的碱性能有效提高CO₂转化率。此外,掺杂结构型助剂有利于提高催化剂的抗烧结性能。为提高催化剂的低温性能,分别从载体特性、活性金属的分散度及颗粒尺寸、碱性助剂的掺杂三个角度优化了催化剂的结构。制备出低负载、高分散的小尺寸Ni纳米颗粒负载于大比表面积的单晶m-ZrO₂载体的催化剂。该催化剂在CO₂甲烷化反应中表现出优异的催化性能。6 wt.%Ni-MgO_1/4/ZrO₂催化剂在250℃,0.1MPa,WHSV=15,000 m L·g^-1·h^-1时,CO₂转化率高达90%,CH₄选择性接近100%。结合CO₂-TPD、XRD、TEM表征测试以及TOF计算发现,大比表面积的单晶m-ZrO₂表面分布有大量的CO₂吸附及活化位点,对提高CO₂吸附量,进而提高催化剂的低温性能起到关键作用;Ni纳米颗粒在在载体表面高度分散,分散度高达45.2%;TOF值与金属Ni的尺寸效应有关,当Ni纳米颗粒的平均粒径为2.3nm时,200℃下对应的TOF值高达1.22?10^-2 s^-1;少量碱性助剂MgO的掺杂并未改变催化剂的金属分散度及TOF值,对CO₂转化率影响不大,因此,没有必要向Ni/ZrO₂催化体系中加入额外的碱性助剂以提高对CO₂的吸附能力。为提高Ni基催化剂的热稳定性,探究了MgO作为结构型助剂对Ni/ZrO₂催化体系热稳定性的影响。结果表明,Mg O铺展在Zr O₂载体表面,通过Ni-Mg之间的相互作用调节金属Ni纳米颗粒与Mg O修饰的ZrO₂载体之间的相互作用,有效提高了Ni基催化剂的抗烧结性能。Ni Mg_1/4催化剂在高温高空速下连续运行110 h,仍然保持稳定,并未出现明显的失活迹象。结合TEM、XPS、H₂-uptakes以及TG分析可知,Ni/ZrO₂催化体系中,催化剂失活的主要归因于Ni纳米颗粒的烧结团聚,而不是积碳。