钱敬侠，陈天文，刘大斌，周吕

（南京理工大学化学与化工学院，江苏 南京 210094）

近年来，对燃料能源日益增长的需求迫使人们必须寻找除化石燃料以外的可再生能源。现如今，由于大量的废弃物和COx排放，政府对环境污染物排放有着严格的规定，对污染企业有着高额的罚款。因此，开发一种可替代、环境友好型的技术来生产可再生清洁能源至关重要[1]。近几年，甲烷催化裂解（CDM）制纯氢气和副产物碳纳米材料（CNMs）的技术吸引了许多研究者[2-8]。在此吸热反应中，CDM 技术采用的是简单的一步裂解过程，如方程(1)所示[9]。

众所周知，氢气是一种清洁燃料，广泛应用于燃料电池、发动机和火箭等设备中[10]。此外，CDM的副产物CNMs可分为碳纳米管（CNTs）[11-16]、碳纳米洋葱碳（CNOs）[17-19]和碳纳米纤维（CNFs）[11,20-21]等。据报道，CNMs 具有机械强度高、耐强酸强碱、电导率高、比表面积大等优点，有望广泛应用于钢铁和碳基结构材料的制造等领域[10]。因此，CNMs 在市场上的价值可以提高CDM 的经济可行性。

甲烷由于具有较强的碳氢键（440kJ/mol）和分子结构的高对称性，是最不活跃的碳氢化合物之一。它的裂解只能在高于1200℃的条件下发生，为了降低裂解温度，金属基（Ni、Fe、Co、Pd等）[19,22-24]和碳基催化剂（活性炭、炭黑、碳纳米管等）[25-26]被用于CDM 反应中。Qian 等[10,27]通过对CDM 反应中催化剂的类型、催化剂的用量、反应器的类型、反应条件、稳定性、活性、甲烷初始和最终转化率、碳产率、氢产率和产H2成本进行分析对比。结果发现，碳基催化剂的氢产率远低于Fe 基催化剂，贵金属和Ni 基催化剂可以提高甲烷的转化率，但它们价格相对昂贵且稀有。……