0.8% 的镍干到 8% 的活：甲烷转化的真活性中心是现场长出来的

甲烷是最难对付的原料分子之一。四个 C–H 键对称、牢固、极性小，想在工业上把它变成有用的化学品，第一步活化就得付出高温高压的代价。甲烷部分氧化（partial oxidation of methane，POM）制合成气是一条被寄予厚望的路线：产物 H₂/CO 比接近 2，正好适配费托合成和甲醇合成，不用再额外调氢碳比。

这条路线上的经典共识是：金属镍纳米颗粒是活性中心。2026 年 9 月，中科院大连化学物理研究所张涛、王爱琴、刘晓艳团队联合西安交通大学杨涛与卡迪夫大学 Graham Hutchings，在 Nature Catalysis 上给出了一个更绕的答案。

图1：金属 Ni、纯相 NiO 与重构单元的活性差别

先看数据

团队用微乳液法制备了负载量 0.8 wt% 的 Ni/Al₂O₃ 催化剂，测到 92% 的甲烷转化率，CO 与 H₂ 选择性均为 87.0%，H₂/CO 摩尔比稳定在约 2.0。这个成绩跟浸渍法做的 8.0 wt% 高负载样品相当，而同样用浸渍法做的 0.8 wt% 低负载参比样，只表现出甲烷完全燃烧的活性。

镍用量差了十倍，结果却反过来。这说明决定性能的不是镍的总量，而是镍以什么形态存在。

两个否定性证据

第一条：反应后的催化剂里几乎检不出金属 Ni。过去认为"反应后看到的金属镍就是活性中心"，但 POM 的产物本身就是 H₂ 和 CO 的混合气，它们在高温下把氧化镍还原成金属镍完全合理——金属镍很可能是活性结构干完活之后的结果，而不是起因。

第二条：预先制备的纯相 NiO 催化剂没有 POM 活性，只催化甲烷完全燃烧。这一条把"氧化镍本身就够用"这个更省事的解释也堵死了。

图2：三种表面上 C–H 键断裂的活化能垒（kcal·mol⁻¹）

那到底是什麼在干活

通过准原位 XPS、原位 XAFS 和原位电镜交叉观察，团队捕捉到 NiO(100) 表面在反应气氛下发生了重构，形成一个 [Ni₁O₁Ni₄] 结构单元。DFT 计算给出的能垒对比很说明问题：这个重构单元上 C–H 键断裂的活化能垒是 12.5 kcal·mol^-1，完整 NiO(100) 面是 38.5，金属 Ni(111) 面是 15.7。

重构出来的单元比金属镍还快。这是整篇论文最反直觉的一处：教科书认定的活性中心，性能不如一个反应过程中临时生成的结构。

意味着什么

对产业来说，最直接的收益是省金属。镍的价格受供给端影响大，能把负载量从 8% 降到 0.8% 而不掉性能，在催化剂成本上是数量级的差别。

对研究来说，它提示了一整套取证方法：先排除"反应后物相即活性相"的默认假设，再用预制纯相做对照，最后靠原位手段找那个只在工况下存在的结构。丙烷脱氢、甲烷干重整这些高温氧化还原体系，大概都能照这个流程重查一遍。

边界也要说清：这是机理层面的工作，离工业放大还有距离；重构单元的稳定性、长周期运行下的演化，论文没有给出答案。

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来源：Nature Catalysis（DOI 10.1038/s41929-026-01580-1）；中国科学院大连化学物理研究所