在国内，研究人员开发出一种利用温室气体生产合成气的新型催化剂，而温室气体正是全球变暖的主要元凶。
韩国能源技术研究院（以下简称“韩能研”）高温水电解研究室的研究团队，由Kim Heeyeon、Choi Yunseok博士领衔，并与首尔大学材料工学系Jung Ucheol教授研究团队开展联合研究，通过改良“干法重整反应”催化剂，成功开发出自生催化剂，相关成果于13日对外公布。
（自左起）韩国能源技术研究院研究员 Kim Sojeong、高级研究员 Choi Yunseok、首席研究员 Kim Heeyeon，首尔大学博士 Nam Seongu、教授 Jeong Ucheol。韩国能源技术研究院提供
View original image干法重整反应是一项在高温条件下，使典型温室气体甲烷与二氧化碳发生反应以生产合成气的技术。近来，该技术作为与烃类相结合的分布式制氢以及与固体氧化物燃料电池联动的发电系统中的核心技术而备受关注。
干法重整反应中主要使用价格低廉且性能优异的镍（Ni）催化剂。但镍在反应过程中会出现碳沉积在催化剂表面的现象，导致性能急剧下降。此类碳沉积现象成为长期运行和商业化的障碍，因此围绕新型催化剂设计和运行条件优化技术的研究也在积极推进中.
利用钙钛矿结构氧化物的自生催化剂技术，正作为可替代镍的新型催化剂而受到关注。自生催化剂技术是指金属先存在于载体内部，当满足一定反应条件后，金属迁移至表面形成反应活性位点。迁移出的金属颗粒与载体结合牢固，并能有效抑制碳沉积，从而在长期运行中仍可保持性能，具有显著优势。
利用这一原理，联合研究团队通过将原子间键合力调节到最优条件，开发出了即使在高温干法重整反应条件下也能稳定运行的自生催化剂。
通常，自生催化剂内部金属元素越容易迁移至表面，反应速率就越快。但本次研究中使用的镧锰化合物（LaMnO3）系钙钛矿氧化物载体，原子间键合力较强，内部金属颗粒较难迁移出来。
为解决这一问题，联合研究团队将氧化物载体中的镧（La3+）部分置换为钙（Ca2+），降低原子间键合力，并通过结构设计，使大量镍能够迁移到催化剂表面。同时，团队还确定了钙置换量的最优范围，成功开发出既具备碳沉积抗性和重整反应活性，又能稳定运行的自生催化剂。
将联合研究团队开发的催化剂与现有催化剂进行比较发现，在实现同等水平合成气产量的前提下，新型催化剂所需镍用量仅为传统催化剂的约3%。更重要的是，传统催化剂在连续运行时性能会逐渐下降，而新开发的催化剂在800摄氏度的高温条件下长时间运行（500小时）后，仍保持较高转化效率，且完全未观察到碳沉积现象，其耐久性由此得到验证。
Kim Heeyeon博士表示：“自生催化剂技术在有效解决传统镍催化剂碳沉积问题的同时，也将大幅降低原料成本和工艺成本负担。”
此次研究在韩能研基础项目以及科学技术信息通信部基础研究项目的支持下完成。研究成果（论文）近日发表在“美国化学会催化学术期刊（ACS Catalysis）”上。
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