甲烷干重整是一种将温室气体转化为高价值合成气的有效途径。然而，受强吸热性质的限制，甲烷干重整反应必须在非常高的温度（600−900 °C）下进行。高温结合强还原性的反应气氛，给催化剂的稳定性带来严峻的考验。溶出型催化剂具有嵌入结构和丰富的界面，相较于传统负载型催化剂，展现出更强的热稳定性和机械稳定性。为了提高金属阳离子的溶出程度，研究人员开发了如掺杂、物相应力、阳离子交换等多种策略。然而，对于一般氧化物中纳米颗粒溶出的影响因素，目前仍缺乏原理性上的认识。高溶出程度与结构稳定性之间的平衡点仍有待发现。

近日，中国科学技术大学的曾杰教授和严涵副研究员团队通过调节金属-载体相互作用实现了分散良好的高密度溶出的Rh纳米颗粒，具有良好的抗烧结和抗积碳性能，在甲烷干重整反应中表现出优异的性能。

研究内容证实，纳米颗粒的溶出作为制备抗烧结催化剂的方法，其效果优于传统的分步负载法。研究者从金属-载体相互作用的角度探究了溶出动力学，并且比较了不同氧化物中溶出的Rh纳米颗粒结构差异。一系列原位表征表明，Rh-CeO₂间弱的相互作用导致了Rh物种的快速溶出和随后的烧结，而Rh-Sm₂O₃间强的相互作用则导致Rh物种溶出缓慢且难以暴露在表面。研究者采用将Rh从Ce-Sm二元氧化物中溶出的策略，获得了密度高且分散良好的Rh纳米颗粒，证实了平衡金属-载体相互作用的必要性。所得的RhCeSmO_x催化剂在甲烷干重整的苛刻反应条件下表现出高活性和长期稳定性。研究者采用多种表征技术描绘了溶出的Rh纳米颗粒的全息图像，包括尺寸、密度、位置和形态。RhCeO_x、RhSmO_x和后负载型Rh/CeSmO_x的失活分析结果表明，单一金属与载体之间的相互作用或弱金属-载体相互作用难以抑制Rh物种的烧结并可能引发积碳的生成，从而危及催化剂的稳定性。在RhCeSmO_x中，平衡的金属-载体相互作用有助于纳米颗粒的均匀析出和结构的稳定性，这或许能为未来设计和创制高效甲烷干重整催化剂提供启示。

Harmonizing Nanoparticle Exsolution From Ce–Sm Oxide Matrix for Stable Methane Dry Reforming

Yongjie Ye, Haofan Lei, Dr. Yuanbin Qin, Dr. Zhen Wang, Sunpei Hu, Tao Zhou, Dr. Lijun Zhang, Ruyang Wang, Zizhen Xiao, Prof. Xinhua Gao, Prof. Qingxiang Ma, Shucheng Shi, Prof. Hui Zhang, Dr. Han Yan, Prof. Shiming Zhou, Prof. Chao Ma, Prof. Zhi Liu, Prof. Jing Tao, Prof. Jie Zeng

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202503997