全文概要

中国科学技术大学熊宇杰和龙冉研究团队报道了一种通过嵌入策略构建的动态Rh⁶⁺–Ov–Ti界面位点，用于高效、稳定且抗积碳的光热催化甲烷干重整。该催化剂在光照下表现出优异的合成气产率（H₂: 7.6 mol·g_Rh⁻¹·h⁻¹，CO: 9.6 mol·g_Rh⁻¹·h⁻¹）和长达100小时的稳定性。通过原位表征与理论计算，研究揭示了界面位点通过电子金属-载体相互作用稳定高价Rh物种，并促进CH₄与CO₂的吸附与活化，避免深度脱氢导致的积碳问题。

本文要点

1. 界面结构设计：Rh原子嵌入SrTiO₃晶格中形成Rh⁶⁺–Ov–Ti动态界面，通过EMSI实现电子从Rh向载体转移，稳定高价Rh物种并生成大量氧空位。

2. 催化性能：在光照下（4.0 W·cm⁻²），Rh/SrTiO₃的合成气产率远超传统热催化，且突破热力学平衡限制，表现出优异的抗烧结与抗积碳能力。

3. 反应机制：CH₄在Rh⁶⁺位点解离为CH₃，随后被晶格氧氧化为CH₃O，进一步脱氢生成H₂与CO；CO₂在氧空位处解离为CO并补充晶格氧，完成催化循环。

4. 普适性与应用前景：该嵌入策略同样适用于Ru、Ir等其他金属及BaTiO₃等钙钛矿载体，为结构敏感反应中抗积碳催化剂的设计提供了新思路。

文献详情
Hailong Xiong, Zehui Dai, Cenfeng Fu, et al. Constructing Dynamic Rh⁶⁺–Ov–Ti Interfacial Sites for Highly Efficient and Stable Photothermal Catalytic Methane Dry Reforming, J. Am. Chem. Soc. (2025)
DOI: 10.1021/jacs.5c10497

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https://doi.org/10.1021/jacs.5c10497