秦晓伟，张国杰，李晟，郭晓菲，阎煌煜，徐英，刘俊

（1太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室，山西太原030024;2太原理工大学煤科学与技术教育部重点实验室，山西太原030024）

随着工业化进程的加快，大量化石燃料的使用向大气中排放了众多温室气体，造成严重的温室效应和环境问题，引起全世界的警惕[1]。其中，CH4和CO2是温室气体的主要成分[2]。CH4-CO2重整反应（CH4+CO2==2CO+2H2,ΔH298K=+247kJ/mol）不仅可以把两种温室气体转化为合成气[3-4]，而且生成的合成气H2/CO≤1，是Fischer-Tropsch合成和羰基合成的理想原料[5-6]，因此近年来CH4-CO2重整反应受到了世界各国的关注。目前，研究者对该过程进行了大量研究，取得了一定的进展，但基本上都局限在实验室研究阶段，而其中高性能廉价催化剂是使重整反应具有工业化应用价值的重要前提。由于碳材料价格低廉，具有良好的物理和化学性质[7-9]，所以碳基催化剂被广泛应用于各个领域。Fidalgo等[10]以冶金焦炭、活性炭、再生活性炭为重整催化剂，分析了不同炭材料表面性质、孔隙率和孔径结构等对CH4-CO2重整反应的影响，发现炭材料的微孔隙率是影响催化剂性能的最主要因素。Guo等[11]采用褐煤、烟煤、无烟煤半焦作为催化剂用于重整反应，表征结果表明不同煤阶的煤表面所含的活性官能团数量不仅不同，而且其中碳材料所含的C==O、—NH2等官能团对CH4-CO2重整反应的转化率具有重要影响。尽管碳基催化剂在CH4-CO2重整反应中已经展现出一定的催化效果，但如何调控其表面活性官能团、孔结构等有待进一步深入研究。

硝酸改性是常用的表面改性方法，它不仅可以改善材料的孔结构，增加碳材料表面含氧和含氮官能团的数量[12]，以提高CH4-CO2重整反应的活性位点；同时还可以提高碳材料的亲水性能，降低其表面与吸附质之间的分散力，增强其表面与吸附质之间的取向力[13]。Wang等[14]采用硝酸改性后的活性炭纤维（ACFs）来去除污染物（HCl、SO2、NO），显著提高了污染物在ACFs表面的滞留能力，其主要是由于经过硝酸处理的ACFs表面拥有更丰富的吸附活性位点，同时引入的硝基/亚硝基基团都有利于污染物中酸性气体的化学吸附。Xu等[15]通过比较不同类型的活性炭催化性能发现，经硝酸改性后样品催化CH4-CO2重整的活性明显提高，与改性前相比，改性后CH4和CO2的转化率分别提高了240%和320%，且得到的合成气H2/CO接近1；进一步的表征结果发现，改性后活性炭表面的羟基有利于CH4的裂解活化和CH4重整转化率的提高。虽然经过硝酸改性后碳材料表面的物理化学性质均得到提升，表面含氧和含氮官能团的数量都有所增加，但增加的活性官能团数量有限，有待进一步改性以增加催化剂表面的活性位点。

杂原子掺杂可以改变碳基材料的表面性质[16-18]和电子传输能力[19]，从而进一步提高碳材料的性能。在常用的几种杂原子中，氮原子与碳原子的原子半径相似[20]，在掺杂过程中更加容易替代碳原子从而进入碳材料的原子晶格中。由于氮原子的引入，在碳材料的表面会增加大量含氮官能团，使材料呈碱性，从而改变材料的表面理化性质[21-24]。Singh等[25]以废弃生物质芦竹和壳聚糖为碳源和氮源、ZnCl2为活化剂，一步活化法制备了含氮量为5.4%（质量分数）的氮掺杂生物质炭，在0℃、30bar（1bar=105Pa）条件下CO2吸附量高达18.2mmol/g。这主要是由于氮掺杂后引入的氮官能团使所制备的材料表面带负电荷，具有极性，从而增加了对酸性CO2分子的吸附和作用力[26-29]。Zhang等[30]以三聚氰胺为氮源对活性炭进行氮掺杂制备了氮掺杂催化剂用于CH4-CO2反应，显著提高了催化剂的性能，其主要原因是在经过氮掺杂后，活性炭表面会生成吡啶氮、吡咯氮、石墨氮等碱性官能团，这些碱性官能团作为活性位点加速了CO2的吸附和解离，从而提高了催化剂的活性。

近年来，研究者在氮掺杂碳材料的制备及其催化性能方面已展开了较多的研究，但现行改性方法对表面官能团的种类、数量和重现性都很难进行精准调控。因而，采取绿色可持续的制备工艺，制备高氮含量、结构可控的氮掺杂碳材料具有重要意义。本文以活性炭为碳材料前体，以稀硝酸为改性剂，在尽量保持原活性炭孔结构性能的基础上，调节碳材料表面的含氧和含氮官能团；同时以含氮量高、价格低廉的尿素作为主氮源对活性炭进行氮功能化掺杂，目的是在改性活性炭的同时将具有较高活性的含氮官能团引入活性炭中，进而探究所制备的氮掺杂碳材料的孔结构、含氮官能团种类对CH4-CO2重整反应的影响。

1 实验

1.1 试剂

新华活性炭（AC，山西新华活性炭有限公司）、浓硝酸（NA，国药集团化学试剂有限公司）、尿素（U，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）、无水乙醇（C2H5OH，天津大茂化学试剂厂），所使用的化学试剂均为分析纯级，所使用的气体（CH4、CO2、CO、N2、H2、Ar）均 为 体 积 分 数99.999%的高纯气体（太原钢铁集团比欧西气体有限公司），所使用的去离子水自制。

1.2 催化剂制备

首先将新华活性炭用去离子水浸泡、洗涤以去除表面灰分，然后将干燥后的新华活性炭筛分至20目，放入干燥器中备用。

在75mL乙醇水溶液（37.5mL乙醇+37.5mL去离子水）中加入15g筛分后的新华活性炭、8.04g尿素和15mL稀硝酸（质量分数为8%），于60°C下磁力搅拌5h，干燥12h。将干燥后的活性炭置于管式炉中，在N2气氛下以5°C/min的升温速率升温至750°C，恒温2h，得到样品记作AC-U.NA。上述方法中仅加入尿素不加稀硝酸制备的样品记作AC-U，仅加入稀硝酸不加尿素制备的样品记作AC-NA；在样品AC-U制备的基础上，进一步再加入稀硝酸重复上述制备步骤，得到先掺氮后改性的样品记作AC-U-NA；在样品AC-NA制备的基础上，进一步再加入尿素重复上述制备步骤，制备而成的先改性后掺氮催化剂命名为AC-NA-U，文中出现的下标after表示反应后。

1.3 催化剂表征

采用贝士德3H-2000PS2型比表面积及孔径分析（BET）仪测定反应前后催化剂的孔结构参数。测试前，首先在250℃下对样品进行4h脱气处理。采用容量法，以高纯N2（99.999%）为载气进行等温静态吸附，在液氮饱和温度77.4K以及相对压力0.01～0.99范围内进行吸附-脱附实验以获得吸附-脱附等温线。采用BET多点法计算催化剂的总比表面积；采用Barrett-Joyner-Halenda（BJH）法测定介孔（2～50nm）体积和孔径分布；采用密度泛函（DFT）法计算微孔（小于2nm）的孔径，并根据N2吸附数据计算微孔的孔径分布。

采用蔡司MERLIN Compact型发射扫描电子显微镜（SEM）对催化剂进行形貌观察，测试条件为加速电压0.5～30kV，分辨率1.0nm（15kV）/2.2nm（1kV）。

采用ELEMENTAR vario ELⅢ型有机元素分析（EA）仪对催化剂进行元素分析。

采用赛默飞IS5型傅里叶转换红外光谱（FTIR）仪对不同催化剂表面官能团变化进行分析。波数范围4000～400cm-1，扫描次数32，分辨率4cm-1。

采用Thermo ESCALAB 250Ⅺ型X射线光电子能谱（XPS）仪测定催化剂中所含的N种类。X射线源电压为16kV，电流为14.9mA，束斑直径为650μm，通能全谱为100eV，元素高分辨谱为30eV，以C 1s284.8eV为标准进行荷电校准。

采用AutoChem1Ⅱ2920型程序升温化学吸附（CO2-TPD）仪测定催化剂中碱性位。首先样品在100℃、Ar气氛下脱气30min，随后将惰性气体切换为CO2，在50℃吸附30min，然后将吸附气体CO2切换为He，设置升温速率为10℃/min，从50℃升至800℃，通过热导检测器（TCD）记录被吸附气体的脱附量。

采用STA449F3（德国耐驰）型热重分析（TG）仪测定反应后催化剂上积炭的性质。热重分析实验在空气气氛（100mL/min）下进行，温度从室温程序线性升温至950℃，升温速率为10℃/min，根据热重曲线中的质量损失分析积炭的情况。

1.4 催化剂性能测试

CH4-CO2重整反应在直径为60mm的固定床石英管式反应器中进行，管式炉的恒温区长度为200mm，催化剂的稳定性测试为7h。反应前将催化剂放置在恒温区，装填量为5g，通入N2吹扫床层。通过质量流量计控制反应气通入量，混合气体总量控制在120mL/min（CH4和CO2体积比为1∶1）；温控仪控制程序升温，升温速率为7.5℃/min。反应后气体采用皂膜流量计测定其流速，经过变色硅胶干燥处理后，通入上海海欣GC-950型气相色谱在线分析其产物组成[31]，该气相色谱配有两个TCD检测工作站和两根碳分子筛色谱柱，其中一根色谱柱检测H2（载气为Ar），另一根色谱柱检测CH4、CO2和CO（载体为H2）。CH4和CO2转化率由式(1)、式(2)计算。

式中，XCH4为CH4转化率，%；XCO2为CO2转化率，%；Fin为原料混合气流量，mL/min；Fout为产物气体流量，mL/min；CCH4,in为原料混合气中CH4所占体积分数；CCH4,out为产物气体中CH4所占体积分数；CCO2,in为原料混合气中CO2所占体积分数；CCO2,out为产物气体中CO2所占体积分数。

2 结果与讨论

2.1 BET表征

反应前后不同催化剂的孔结构参数如表1所示。与原活性炭相比，经过改性后活性炭的比表面积和孔体积均有所下降；而平均孔径改性前后变化不明显。在硝酸改性时，由于硝酸具有较强的氧化刻蚀作用，因此经过硝酸改性后活性炭的比表面积和孔体积均有所下降；尿素掺杂改性使一定量的氮官能团掺杂到活性炭中[32]，从而也造成比表面积和孔体积下降。进行重整反应7h后，催化剂的比表面积和孔体积降低，而平均孔径明显增加，这主要是由于在900℃高温下进行CH4-CO2重整反应时，一方面在还原性气体CO2存在条件下，高温碳材料中气化反应活性较强的碳被还原，且部分具有活性的官能团在重整过程中被消耗（尤其是掺入碳骨架中不稳定的氮官能团），使得碳材料结构有所缺陷，从而造成孔道有所坍塌；另一方面，反应过程中CH4分解副反应生成的积炭覆盖到孔道中或孔表面。在上述两方面的共同影响下，使反应后催化剂的孔结构参数发生显著变化。

表1 反应前后催化剂孔结构参数

反应前后催化剂吸附-脱附等温线和孔径分布曲线如图1所示。从图1(a)～(c)中可以看出，反应前后催化剂都是Ⅰ型吸附等温线和Ⅳ型吸附等温线的混合型等温线。反应前催化剂的吸附等温线在非常低的相对压力（p/p0）＜0.01范围时，其氮气吸附量随着相对压力的增加急剧增加，表明所制备的催化剂中含有大量的微孔[33]；而反应后催化剂在这个范围内的氮气吸附量明显减少，表明反应后催化剂的微孔含量降低；等温线的H3型滞后环表明催化剂中都存在介孔[34]。由BJH法[35]和DFT法[36]计算得的介孔和微孔的孔径分布曲线如图1(d)～(f)所示，从图中可以发现，反应前不同催化剂的孔径分布曲线基本一致，均由大量的微孔和少量的介孔组成；而反应后除AC-U.NAafter外，其他催化剂的微孔和介孔数量均有明显降低，这与所制备催化剂的活性和稳定性也相一致。

图1 反应前后不同催化剂氮气吸附-脱附等温线及孔径分布曲线

2.2 SEM表征

图2为不同催化剂反应前后的SEM图。从图中可以看出，AC-U、AC-NA、AC-U.NA与AC表面都较为平整，块状物质较少，表明经过硝酸和尿素改性后，对活性炭的表面结构破坏较小，这与BET分析结果一致；而AC-U.NAafter表面结构凌乱，有大量块状物质存在，这主要是由于在进行CH4-CO2重整反应过程中易于气化的碳以及氮活性官能团等被消耗，造成孔道一定程度的坍塌；同时反应过程中生成的积炭覆盖在活性炭表面。

图2 不同催化剂SEM图

2.3 EA表征

表2为所制备不同催化剂的元素含量分析结果。从表中可以看出，所有改性后活性炭样品的氮含量都有所提高，经过硝酸改性制备的AC-NA氮含量从0.19%（质量分数）提高到0.45%（质量分数）；另外还可以发现，经过硝酸改性后样品的含氧官能团含量也有所增加[37]。而经过尿素掺氮改性制备的AC-U氮含量明显提高，其氮含量为1.82%（质量分数），几乎为原活性炭氮含量的10倍，与文献报道的结果也相一致[32]。将硝酸和尿素同时对活性炭进行改性，得到AC-U.NA样品的氮含量进一步增加，这主要是由于在硝酸改性和尿素掺杂同时进行的过程中发生了协同作用。一方面由于硝酸的存在，在改性过程中提高了具有亲水性羟基官能团的含量，从而使含氮官能团能更好地掺杂到活性炭中[33]；另一方面，硝酸和尿素共存提供了更充足的氮元素。但从表2中的数据也可以看出，AC-U.NA样品中的氮含量虽然有所提高，但所含的氮含量低于AC-NA和AC-U样品的氮含量之和，这可能是由于在同时改性的过程中硝酸和尿素发生了反应[38-40]，使有效氮掺杂效率降低。

表2 不同催化剂的元素含量

同时对比表中数据还可以发现，先硝酸改性后尿素掺氮所制备的AC-NA-U样品氮含量最高，达到2.39%（质量分数），而先尿素掺氮后硝酸改性制备的AC-U-NA样品的氮含量仅为1.39%（质量分数）。这主要是由于先进行尿素掺杂形成的含氮官能团，在进一步硝酸改性时，一方面形成的碱性官能团会与硝酸发生反应，另一方面在进行硝酸改性高温焙烧时，所掺杂的部分不稳定氮官能团还会发生分解。而先进行硝酸改性不仅可以提高活性炭的亲水性基团含量，有助于后续尿素氮掺杂效率；同时先进行硝酸改性，形成的不稳定酸性官能团在一次焙烧时被全部分解，从而避免后续掺氮与尿素发生反应，提高含氮官能团的有效掺杂率。反应后AC-U.NAafter样品的氮含量从1.97%（质量分数）下降到0.47%（质量分数），这可能是因为在较高的重整反应温度条件下，使部分不稳定的含氮基团被分解，同时重整反应过程中吸附活化的部分CO2也会与较高活性的氮活性官能团发生反应，从而消耗部分氮官能团，致使反应后催化剂氮含量下降。7h重整反应后甲烷和二氧化碳的转化率也明显降低，表明在CH4-CO2重整反应中非金属催化剂的含氮官能团对重整反应催化剂的活性具有一定的影响[41]。

2.4 FTIR表征

图3为不同催化剂的傅里叶红外光谱图（FTIR）。波长在3430cm-1左右为N—H或—OH的伸缩振动峰，2920cm-1左右为C—H的弯曲伸缩振动特征吸收峰，2330cm-1左右为C N伸缩振动吸收峰，1575cm-1左右为N—H面内伸缩弯曲振动峰，1410cm-1左右为C—N伸缩振动峰，1080cm-1左右为C—O伸缩振动峰，800cm-1左右为C—H的变形振动峰[42]。由图可知，不同催化剂在波长3430cm-1、 2920cm-1、 2330cm-1、 1575cm-1、1410cm-1、1080cm-1和800cm-1处均出现不同大小的峰，但峰的宽度和高度略有不同，表明改性后催化剂的含氮官能团和含氧官能团发生了改变。从反应后样品AC-U.NAafter与反应前样品AC-U.NA对比可以发现，反应后样品红外谱图的振动峰强度和数量发生明显变化，特别是在2330cm-1、1575cm-1和1410cm-1左右，峰发生明显变化，表明在进行CH4-CO2重整反应过程中催化剂样品所含的部分含氮官能团参与反应发生了变化。

图3 不同催化剂反应前后的傅里叶红外光谱

2.5 XPS表征

为了进一步确定改性氮掺杂后活性炭表面含氮基团的类型，对样品进行了XPSN 1s分析测试，结果如图4和表3所示。398.3eV、400.1eV和401.5eV处的峰分别归属于吡啶型氮（N-6）、吡咯型氮（N-5）和石墨型氮（N-Q）[43-45]。对比图4(a)和图4(c)，并结合表3可知，经过硝酸改性后的样品AC-NA吡咯氮（N-5）所占的峰面积明显增大，说明经过硝酸改性后吡咯氮（N-5）在AC-NA样品的氮物种中占主导地位。经过尿素掺氮后AC-U样品的吡咯氮（N-5）略有增加，而吡啶氮（N-6）的相对占比提高更为明显，说明硝酸改性和尿素掺氮所形成含氮官能团种类有所不同，硝酸改性更有利于吡咯氮（N-5）形成，而尿素掺氮则更有利于吡啶氮（N-6）生成。由于改性过程中尿素的添加量大于硝酸的添加量，因此，经过两步法制备的催化剂AC-U-NA、AC-NA-U和一步法制备的催化剂AC-U-NA样品中吡啶氮（N-6）含量高于吡咯氮（N-5）的含量，这与仅进行尿素掺氮AC-U样品的XPSN 1s结果相一致。由于类吡啶环上的氮原子含有孤对电子，显示出较强的碱性，因此对酸性的CO2气体具有较强的吸附亲合能力，有利于CH4-CO2重整反应进行。反应后样品AC-U.NAafter所含吡啶氮（N-6）含量与反应前相比明显下降，催化活性也降低。

图4 不同催化剂样品反应前后XPSN 1s谱图

表3 不同催化剂反应前后的XPSN 1s分析数据

2.6 CO2-TPD表征

图5为不同催化剂反应前后的CO2-TPD图谱，峰位置出现的温度越高，表明活性炭对应的碱性位越强。从图中可以看出，所有催化剂都至少有两个不同强度的脱附峰，改性后样品在350℃左右的高峰不仅宽度增加，而且向高温移动。高峰峰宽度增加，说明样品的碱性位强度增加[46]；而向高温移动，表明改性和掺杂形成的碱性含氮官能团更稳定，有利于所制备样品在高温下进行CH4-CO2重整反应的稳定性。反应前所有催化剂都在300～800℃有一个较宽的脱附峰，说明与载体具有不同相互作用力的碱性位分布较广。对比发现，样品AC-U.NA脱附峰的面积明显大于其他催化剂，这说明该样品的碱性位含量明显高于其他催化剂[47]。另外，从图中还可以发现，样品AC-U.NA在700℃左右还出现了一个小型宽峰，表明在该样品表面具有高强度的碱性中心。反应后样品AC-U.NAafter在低温100～300℃的脱附峰变化不明显，而在高温300～800℃的脱附峰部分消失，表明在重整反应过程中催化剂样品所含的高强度碱性位不稳定，易于被消耗。这与前述反应后催化剂氮含量下降的EA数据，以及XPS测试吡啶氮含量和占比降低的数据结果相一致。进一步说明在反应过程中消耗掉的高强度碱性位主要为改性掺杂引入的含氮官能团，同时也进一步证实了掺杂和改性引入的氮物种对催化CH4-CO2重整反应具有促进作用。

图5 不同催化剂反应前后CO2-TPD图

2.7 TG表征

图6为不同催化剂反应前后的热重曲线。从图中可以看出，改性前催化剂样品（AC）和改性后催化剂样品（AC-U.NA）在0～100℃均有微量质量损失，该温度区间的质量损失主要是由于样品中吸附的水汽挥发[48]。在450～650℃区间，催化剂样品AC与AC-U.NA质量损失率较大，这主要是由于在空气气氛下，样品的中碳与氧发生氧化燃烧反应；对比发现，改性后催化剂样品AC-U.NA质量损失温度更低，这是由于与改性前相比，改性后催化剂中氮含量和氧含量增加，因此更易于发生氧化反应质量损失；同时改性后碳含量的降低也使样品的最终质量损失有所降低。与反应前样品相比，反应后催化剂样品的剧烈质量损失的温度区间向高温移动，在550～700℃，这可能是由于CH4-CO2重整在900℃高温下反应，同时反应过程中存在甲烷裂解生成积炭的副反应，且生成的积炭石墨化程度高[49]，具有较高的抗氧化性，因此其质量损失率相对更低。对比还可以发现，反应后催化剂样品AC-U.NAafter不再发生质量损失的结束温度由ACafter样品的700℃降低到650℃左右，表明AC经过硝酸改性和尿素掺氮后，在重整反应过程中生成的积炭量比改性前少，即掺杂的含氮官能团有助于催化剂抗积炭性能的提升[50]。

图6 不同催化剂反应前后TG曲线图

2.8 催化剂的性能

图7为不同催化剂在900℃下进行7h的CH4-CO2重整反应稳定性测试图。对比图7(a)和(b)可以发现，进行改性及氮掺杂后，所有样品的CH4和CO2转化率均比原活性炭催化重整转化率都高，表明改性后引入的官能团有助于CH4-CO2重整反应催化性能提升。尤其是硝酸改性-尿素掺氮一步法制备的AC-U.NA样品与原活性炭相比，催化活性提高明显，其催化重整CH4和CO2初始转化率从原来的47.85%和31.58%分别提高到55.94%和66.46%；且经过7h稳定性测试后，与原活性炭相比，仍具有较高的转化率。

所制备不同样品催化CH4-CO2重整7h对CH4的催化活性顺序为AC-U.NA＞AC-U-NA＞AC-NA＞AC-U＞AC-NA-U＞AC；所制备不同样品催化CH4-CO2重整7h对CO2的活性顺序为AC-U.NA＞AC-UNA＞AC-NA-U＞AC-U＞AC-NA＞AC。通过对比可以发现，改性后样品催化重整对CO2的转化率明显高于CH4转化率，这归因于硝酸改性及尿素掺氮生成的吡啶氮（N-6）的氮原子含有孤对电子，显示出较强的碱性，对CO2的吸附和活化具有更强的作用，因此更有利于CO2转化率的提高。整体对比而言，样品AC-NA展现出更好的CH4转化率，这是由于在硝酸改性过程中同时引入了具有活性的含氧官能团；而由于极性含氧官能团（羟基、羧基、酚羟基等）的引入，会以偶极力与CH4分子中的H结合[51-52]，促进CH4裂解，从而提高重整反应CH4的转化率。

3 结论

采用硝酸和尿素作为改性剂和氮源制备了一系列非金属改性活性炭重整催化剂，并成功在活性炭中引入了含氮官能团。与原活性炭相比，其中硝酸改性和尿素掺氮一步法制备的AC-U.NA样品的重整催化活性和稳定性明显提高，其CH4和CO2初始转化率从原活性炭的47.85%和31.58%分别提高到55.94%和66.46%；重整反应7h后，氮掺杂活性炭仍具有相对较高的活性，CH4和CO2转化率比原活性炭高17.87%和35.51%。这主要是由于一步法制备的氮掺杂活性炭引入了更多的羟基官能团和含氮官能团。硝酸改性引入的亲水性羟基官能团，促进了尿素氮掺杂的效率和稳定性，同时提高了吡啶氮官能团的掺杂比例，增加了活性位点，因此提高了样品的催化活性；同时由于亲水性的羟基官能团和氮官能团的引入，使得所制备的AC-U.NA材料表面具有极性，有利于酸性CO2分子的吸附，促进CO2消碳反应，从而减少了积炭的生成，提高了抗积炭性能。而随着重整反应的进行，所制备氮掺杂活性炭催化剂的催化活性也逐渐降低，这主要是由于非金属催化剂的活性位点在高温下不稳定，并易于被消耗，因此未来需要通过优化制备条件、改善制备方式以及掺杂物种，一方面增加催化剂所含具有活性位氮物种的含量，另一方面提高其高温稳定性。同时，进一步加强对非金属催化剂催化重整机理的认识，从根本上提高催化活性物种的性能，降低活化重整所需的温度，提高所制备催化剂的稳定性。最后还可以通过改变进料气比例等工艺条件优化反应，提高CO2消碳能力，减少积炭的生成，最终实现高活性和高稳定性的非金属氮掺杂碳材料重整催化剂的可控制备。