来源：X-MOL
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。在本研究中，中国科学技术大学曾杰教授（点击查看介绍）课题组提出了一种通过调节金属-载体相互作用（MSI）来实现纳米颗粒溶出的方法，设计并制备抗烧结催化剂以应对甲烷干重整高温、强还原性气氛的严苛反应条件。结果表明，Rh在相互作用较弱（Rh-CeO2）时表现为过度溶出并烧结；在相互作用过强（Rh-Sm2O3）时表现为溶出不充分，活性位点暴露不足。相比之下，Rh从Ce-Sm混合氧化物中溶出，获得了分散良好的高密度Rh纳米颗粒。该催化剂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稳定性。
作者通过氢气升温条件下的原位XRD（图1a）研究了，催化剂溶出过程中晶体结构的变化。随着温度的升高，不同组成的混合氧化物展现出载体晶格常数和尺寸的不同变化趋势（图1b）。其中载体晶格常数的变化可以体现出Rh的溶出程度，而载体尺寸的变化对应载体的抗烧结能力。通过比较发现，RhCeSm溶出型催化剂体现出适中的溶出速度和强的载体抗烧结能力。
作者使用近常压XPS技术（图2a）和H2-TPR实验（图2b）对溶出过程中催化剂化学状态进行了表征，而CO-DRIFTS实验（图2c）则体现了溶出过程中的Rh位点的暴露情况。结果表明，Rh颗粒迁移至载体表面的温度与Rh被还原的温度基本一致。Rh在RhSmOx中更难被还原，在RhCeOx和后负载型的Rh/CeSmOx中更容易被还原。在溶出型RhCeSmOx中的还原能力适中，这也体现了该催化剂的MSI处于RhCeOx和RhSmOx催化剂中间。并且RhSmOx催化剂暴露的金属位点明显最少。
作者对还原后的催化剂进行了甲烷干重整变温和稳定性二次电子图像（图4a）、积碳速率对比结果（图4b）和Raman结果（图4c）表明，后负载型Rh/CeSmOx和溶出型RhCeOx催化剂中，催化剂发生了积碳。而积碳容易覆盖活性位点，这可能是催化剂失活的原因。另一方面，通过金属配位数、尺寸和积碳行为的对比（图4d），发现积碳在大尺寸的金属颗粒上更容易发生，结果发现后负载型的Rh/CeSmOx催化剂虽然展现出较高的初始活性，但失活明显。而溶出型RhCeOx和RhSmOx催化剂分别因烧结和溶出程度不足导致的活性位点较少，体现出较低的初始活性，并且也存在一定的失活行为。仅有溶出型RhCeSmOx催化剂能够长时间维持高效的甲烷干重整活性。