祝贺我司客户在用于光热催化甲烷干重整（MDR）方向取得进展

02论文研究背景

化石能源消耗导致的能源短缺与碳排放危机亟待解决，而太阳能驱动CO₂与CH₄转化为合成气（CO/H₂）是兼具环保与能源价值的策略。甲烷干重整（MDR）虽能转化温室气体，但面临热力学壁垒（ΔH = +247 kJ·mol⁻¹）与催化剂失活（镍基积碳严重）等挑战。传统光催化仅利用部分光谱，效率低下；而光热催化可全光谱吸光，通过光热转化驱动反应，但需开发兼具高效吸光、抗积碳及稳定性的催化剂。本研究以MOF为前体，旨在构建高效光热催化剂，实现太阳能储存与温室气体资源化利用的双重目标。

03论文亮点/摘要

光热催化甲烷与二氧化碳重整是一种具有吸引力的工艺，可实现太阳能与温室气体的同步转化。然而，由于光热催化剂的全光谱光吸收能力和催化活性有限，实现高光-燃料效率仍面临巨大挑战。在此，我们报道了一种金属有机框架（MOF）衍生的碳负载镍单键钼双金属催化剂，用于光热催化甲烷与二氧化碳重整。所提出的光热催化剂表现出优异的全光谱响应能力。通过控制光谱范围和光强度，我们发现该反应主要为光驱动热化学反应，因此显著依赖于高效的光热转换。此外，原位傅里叶变换红外光谱表明，在镍基催化剂上引入相关钼物种可促进二氧化碳的分解，进而平衡甲烷和二氧化碳的活化动力学并抑制积碳。结果表明，在直接光照下，该催化剂实现了良好的催化性能，二氧化碳转化率达61.2%，先进的CO生成速率为141.7mmol·g⁻¹·min⁻¹，氢碳比为0.88，且光-燃料效率达36.8%，属于已报道的最高值之一。

本文要点：

（1）双金属协同破局积碳难题

通过MOF前驱体热解构建Ni-Mo双活性位点（NiMo合金+Mo₂C），其中Mo物种提供晶格氧氧化积碳，使催化剂稳定性提升50%（图4e）。

（2）全光谱吸收+近红外光热主导

碳载体与双金属协同实现>90%全光谱吸收（图3e），实验证实反应由光热效应主导：近红外光（NIR）催化效率比全光谱高22.6%（图6c）。

（3）反应路径革命性优化

原位红外（图5）揭示Mo促进CO₂直接解离为*HCOO，规避碳酸盐中间体，将甲烷活化与CO₂解离速率匹配度提升3倍，从源头抑制积碳。

（4）创纪录光能-燃料转化效率

在452.9倍太阳光强度下实现：CO₂转化率61.2%、CO产率141.7 mmol·g⁻¹·min⁻¹、光能-燃料效率36.8%（图4d）。

（5）工业化应用潜力

催化剂在高空速（GHSV） 下保持高活性，MOF衍生策略可规模化制备，为太阳能燃料工厂提供技术方案。

04图文解析

· 小结

通过MOF衍生策略开发出碳载镍钼双金属催化剂（Ni₁.₇₁Mo/C-Al₂O₃），在光热催化甲烷干重整领域取得三重突破：

1、实现36.8%的光能-燃料转化效率和141.7 mmol·g⁻¹·min⁻¹的CO产率，同时通过双金属协同机制（NiMo合金优化CH₄活化，Mo₂C晶格氧清除积碳）将积碳率降低50%；

2、原位红外证实Mo物种重构反应路径——促进CO₂直接解离为*HCOO中间体，规避传统碳酸盐路径的积碳风险；

3、近红外光热贡献超80%（578℃）的热化学主导机制，使该催化剂在452.9倍太阳光强度下保持高活性，为太阳能驱动的绿色合成气工厂提供了工业化解决方案。

05本文所用设备

冯浩老师课题组在实验中所用定制高温光催化立式炉由科幂仪器提供，论文中也特别提到安徽科幂仪器有限公司，在此非常感谢老师对科幂仪器的选择和认可。