当全球把氢气视为“终极能源载体”时，居高不下的制氢成本仍是拦路虎。甲烷干重整（Dry Reforming of Methane, DRM）理论上可同时消纳CH₄和CO₂两大温室气体，产出H₂/CO比例可调的合成气，但传统Ni/γ-Al₂O₃催化剂极易积碳失活，且镍含量高、价格波动大。韩国能源研究院金熙妍、崔允锡团队与首尔大学郑祐澈教授合作，把目光投向“自生成（exsolving）”策略：让镍原子像“蘑菇”一样从母体氧化物中自然长出，既省料又抗积碳。
研究团队采用溶胶-凝胶法合成La₀.₇Ca₀.₃MnO₃
钙钛矿前驱体，经5%H₂/Ar气氛预还原后，原本均匀分布在晶格中的Ni²⁺被还原成Ni⁰，并沿晶界迁移至表面，形成粒径仅5–10 nm的超细金属颗粒。与传统浸渍法制备的Ni/γ-Al₂O₃相比，新工艺把镍负载量从15 wt%骤降到0.5 wt%，却将CH₄和CO₂单程转化率分别维持在92%和94%，且H₂/CO摩尔比稳定在1.0附近，满足下游费托合成或直接氢气纯化需求。
更惊艳的是稳定性。传统催化剂在800 ℃连续反应50小时后即因积碳堵塞孔道而失活，而exsolving样品在同等条件下运行500小时活性几乎无衰减。原位拉曼光谱显示，表面析出的镍纳米颗粒被钙钛矿母体“半包埋”，形成锚定结构，既抑制颗粒烧结，又阻断石墨碳层连续生长。团队进一步通过DFT计算证实，La₀.₇Ca₀.₃MnO₃表面氧空位可降低CH₄裂解能垒，促进积碳前驱体的气化移除，实现“自清洁”效应。
成本账同样亮眼。以年产万吨级绿氢装置测算，传统催化剂需消耗镍约150吨，而新技术仅需4.5吨，按当前LME镍价1.8万美元/吨计算，一次性原料成本降低260万美元；同时因催化剂寿命延长，更换频率从每年1次降至每5年1次，运维费用再降70%。KIER已与韩国最大燃气企业KOGAS签署MOU，计划2026年在仁川建设300 Nm³/h DRM示范装置，副产合成气用于绿色甲醇合成。
研究团队透露，exsolving策略具有普适性：通过调节A/B位掺杂比例，可将活性金属从Ni扩展到Co、Fe、Ru，基底材料也可拓展至SrTiO₃、BaZrO₃等钙钛矿家族成员。下一步，他们将把这一思路应用于高温固体氧化物电解（SOEC）阳极催化剂，目标在2028年实现1 MW级可再生电力制氢系统，最终打通“绿电—绿氢—绿氨”全链条。
镍用量减97%、运行500小时零积碳、成本骤降——韩国团队的exsolving催化剂为甲烷干重整打开商业化大门。当廉价活性金属与智能钙钛矿母体“珠联璧合”，温室气体变成绿氢的愿景不再遥远。从实验室克级反应器到兆瓦级工业装置，这条路或许将在三年内走完，为全球氢能经济写下浓墨重彩的“韩国方案”。
410
0 
我感兴趣
