镍活性位点定位与合成方法对Ni-La-Al2O3催化剂甲烷蒸汽重整性能的影响：基于Box-Behnken设计的优化研究

针对甲烷蒸汽重整(SRM)中镍催化剂易烧结积碳的难题，研究者通过Box-Behnken设计(BBD)优化Ni-La-Al2O3催化剂的活性位点分布与合成工艺，发现17.26Ni-2.06La-BAl在697°C、S/M=3.2条件下可实现92.94%氢产率与87.7%甲烷转化率，为高效制氢催化剂设计提供新范式。

　　

随着化石能源枯竭与环境污染加剧，氢能作为零碳能源备受关注。甲烷蒸汽重整(SRM)是目前工业制氢的主流技术，但其核心镍基催化剂面临活性位点易烧结、积碳失活等瓶颈问题。传统研究多采用单因素优化法，难以揭示多参数协同作用机制。为此，研究人员通过响应面法(RSM)结合Box-Behnken设计(BBD)，系统探究了镍活性位点定位（浸渍法vs共沉淀法）与La助剂对Ni-Al₂O₃催化剂SRM性能的影响机制。

研究采用共沉淀/浸渍法制备不同Ni(15-25wt%)、La(0-3wt%)负载量的催化剂，通过TPR（程序升温还原）、XRD（X射线衍射）等表征手段解析结构特性，结合BBD设计优化反应温度(600-700°C)、S/M比(1.5-3.5)等参数。实验数据通过Design Expert软件建模分析，最终验证优化催化剂的100小时稳定性。

催化剂合成
共沉淀法通过氨水调节硝酸铝溶液pH至10，经干燥煅烧制备Al₂O₃载体；浸渍法则将镍镧前驱体溶液负载于预制载体。两种方法形成的活性位点分布差异显著影响金属-载体相互作用。

实验设计
BBD设计五因素三水平实验矩阵，以氢产率、CH₄转化率、H₂/CO比为响应值。ANOVA分析显示模型R²>0.98，证实变量交互作用显著。

数据分析
共沉淀法制备的17.26Ni-2.06La-BAl催化剂在697°C、S/M=3.2时性能最优，TPR显示其还原峰温度降低42°C，表明La促进NiO还原；XRD证实LaAlO₃相形成增强Ni分散性。浸渍法催化剂因活性位点表富集更易烧结。

结论
该研究创新性揭示活性位点空间分布与合成方法的构效关系：共沉淀法通过LaAlO₃钙钛矿结构锚定Ni颗粒，使最优催化剂积碳量降低76%（TPO验证），100小时稳定性较传统催化剂提升3倍。研究为SRM催化剂理性设计提供方法论指导，发表于《Journal of the Energy Institute》。

讨论
La助剂通过电子调变抑制CH₄深度裂解（Raman显示积碳石墨化程度降低），其碱性增强CO₂吸附促进消碳反应。研究证实BBD可高效优化多变量非线性体系，但高温下La迁移导致的活性相重构仍需深入研究。该成果对推进绿氢规模化生产具有重要工程应用价值。