CH₄与CO₂的干法重整（DRM）反应可同时转化温室气体并生成CO和H₂，对实现“碳中和”具有重要意义。
（1）CH₄、H₂、CO的燃烧热分别为-890.3kJ⋅mol^-1、-285.8kJ⋅mol^-1，-283kJ⋅mol^-1，则CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）的ΔH=

+247.3kJ/mol

+247.3kJ/mol

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（2）研究表明Pt₁₂Ni、Sn₁₂Ni、Cu₁₂Ni三种双金属合金团簇可用于催化DRM反应，在催化剂表面涉及多个基元反应，其反应机理如图。过程1-甲烷逐步脱氢；过程2-CO₂的活化（包括直接活化和氢诱导活化）；过程3-C^*和CH^*的氧化；过程4-扩散吸附反应（吸附在催化剂表面上的物种用*标注）。

①CO₂的氢诱导活化反应方程式为

CO₂*+H*→CO*+OH*

CO₂*+H*→CO*+OH*

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②过程1-甲烷逐步脱氢过程的能量变化如图（TS1、TS2、TS3、TS4均表示过渡态）。Sn₁₂Ni双金属合金团簇具有良好的抗积碳作用，能有效抑制积碳对催化剂造成的不良影响，其原因为

脱氢反应最后一步为CH*=C*+H*，发生该步反应，三种催化剂中Sn₁₂Ni需要克服的活化能最大，反应不易发生，故产生的积碳较少

脱氢反应最后一步为CH*=C*+H*，发生该步反应，三种催化剂中Sn₁₂Ni需要克服的活化能最大，反应不易发生，故产生的积碳较少

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（3）DRM反应的积碳过程与两个反应存在关系：①CH₄（g）

N

i

C（s）+2H₂（g）ΔH＞0，②2CO（g）⇌C（s）+CO₂（g）ΔH＜0。研究发现，在常规的Ni催化剂中添加MgO，使其在催化剂表面与Ni形成共熔物；或提高原料气中CO₂的占比，也能有效抑制积碳的产生。试解释其原因

增大CO₂浓度可以促使反应②平衡左移；MgO在Ni催化剂表面形成共熔物，减小了Ni催化剂的表面积，减慢了反应①的速率；MgO在Ni催化剂表面形成共熔物，因其显碱性更易吸附CO₂有利于，有利于CO₂和C在催化剂表面的反应

增大CO₂浓度可以促使反应②平衡左移；MgO在Ni催化剂表面形成共熔物，减小了Ni催化剂的表面积，减慢了反应①的速率；MgO在Ni催化剂表面形成共熔物，因其显碱性更易吸附CO₂有利于，有利于CO₂和C在催化剂表面的反应

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（4）一种甲烷干重整光催化剂（Rh/Ce_xWO₃）的光诱导机理如图（Vo表示氧空位）。在光照条件下，Rh/Ce_xWO₃产生电子（e^-）和空穴（h⁺），电子在Ce与W之间转移，实现氧化还原循环，提高甲烷干重整反应活性。其反应机理可描述为

光照时，光催化剂产生电子（e^-）和空穴（h⁺），空穴（h⁺）和Rh附近的氧原子与吸附在Rh上的-CH₃生成CO和H₂；e^-从Ce原子转移到W，进而转移到吸附在氧空位的CO₂分子上；CO₂获得电子后生成CO并在氧空位留下O原子，O原子再迁移到新的氧空位上，从而形成氧化还原循环

光照时，光催化剂产生电子（e^-）和空穴（h⁺），空穴（h⁺）和Rh附近的氧原子与吸附在Rh上的-CH₃生成CO和H₂；e^-从Ce原子转移到W，进而转移到吸附在氧空位的CO₂分子上；CO₂获得电子后生成CO并在氧空位留下O原子，O原子再迁移到新的氧空位上，从而形成氧化还原循环

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（5）CH₄和CO₂都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示。若生成的乙烯和乙烷的物质的量之比为1：1，则阳极的电极反应式为

4CH₄-6e^-+3O^2-=CH₃CH₃+CH₂=CH₂+3H₂O

4CH₄-6e^-+3O^2-=CH₃CH₃+CH₂=CH₂+3H₂O

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