近日，2020级硕士研究生刘思含同学在空心层状硅酸盐材料负载二维纳米片氧化石墨烯催化CO₂加氢制C1产物领域取得新进展，相关研究成果以“Nickel phyllosilicates functionalized with graphene oxide to boost CO selectivity in CO₂ hydrogenation” 为题在线发表于《Separation and Purification Technology》期刊（SCI一区，IF=7.312）。

二氧化碳作为一种主要的温室气体，其在大气中的浓度对全球变暖、海洋酸化、气候异常和其他环境问题有重大影响，大气中的二氧化碳浓度从313 ppm上升到413.9 ppm。为此，许多国家都制定了达到二氧化碳排放峰值、实现碳中和的目标时间，习近平总书记承诺我国2030年二氧化碳排放力争达到峰值，到2060年实现“碳中和”。目前已经提出了多种降低大气CO₂浓度的策略，如CO₂捕获、利用和储存（CCUS）技术。其中，CO₂催化加氢就是对CO₂利用的一种手段，是减少CO₂排放、生产CO、CH₄、CH₃OH等C1增值产品的最有效途径之一。

层状硅酸镍具有孔结构丰富、热稳定性较高、比表面积大等特性，同时硅酸镍中的镍离子也可以还原成镍纳米颗粒而成为活性组分。另一方面，二维结构的氧化石墨烯（GO）和还原氧化石墨烯（rGO）作为催化剂制备的载体已被频繁研究，其可以促进负载金属位点的高度分散，提高催化活性和稳定性。基于此，本文研究了以氧化石墨烯功能化的层状硅酸镍（简称mNiSiO₃/nGO，n=1，2，5，8，12）催化剂用于CO₂加氢反应。通过对层状硅酸镍进行不同温度的H₂还原处理（简称mNiSiO₃-R_x，x=300，400，500），使mNiSiO₃中的Ni²⁺部分还原生成金属镍，并催化CO₂加氢得到最适宜的还原温度，再将mNiSiO₃/nGO催化剂在此还原温度下还原并催化CO₂加氢反应得到不同的催化性能。

实验表明，在400 ^oC下H₂还原后，mNiSiO₃-R₄₀₀的CO₂转化率为22.9%，CH₄选择性为80.9% （300 ^oC，0.1 MPa）。有趣的是，将GO功能化mNiSiO₃上得到mNiSiO₃/GO催化剂，可以得到更多的CO产物（57.4%），并且可以通过改变GO负载量来调节产物中的CO/CH₄比例。研究发现，GO在mNiSiO₃上的功能化会影响mNiSiO₃的还原程度，可以稳定结构，防止其在高温还原过程中坍塌。漫反射红外傅里叶变换光谱（DRIFTS）表明，双齿碳酸盐物种的形成可能对CO的高选择性起着重要作用，CH₃O^*是CH₄在Ni位置上的关键中间物种。由于GO与Ni⁰之间的电子相互作用，可能会削弱Ni⁰与H2之间的相互作用，从而阻止CO^*在Ni⁰位置上直接分解为C^*，并阻止C^*进一步加氢为甲烷。本研究为Ni基催化剂上CO₂加氢反应中CO/CH₄选择性的调整提供了新的参考。

该研究工作得到了国家自然科学基金（Nos. 21908073，U21A20324）、福建省自然科学基金（Nos. 2019 J01074，2021J06026）的资助。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.120555