冯浩老师课题练�/strong>

南京理工大学

1�?/strong>老师简今�/strong>

冯浩老师是南京理工大学能动学院教授，主要从事先进能源转化与储存技术、多相反应流传热传质等方面的研究工作。研究成果以第一/通讯作者在Advanced Energy Materials、Science Bulletin、International Journal of Heat and Mass Transfer、Advanced Science等国内外高水平学术期刊上发表论文三十余篇，多篇论文入选ESI高被�?封面论文；申请和授权国家发明专利十余项。主持了国家自然科学基金青年基金、科技部国家重点研发计划项目子课题、江苏省自然科学基金青年基金等多个科研项目、�/p>

2、论文研究背�?/strong>

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、�/p>

3、论文亮�?摘要

光热催化甲烷与二氧化碳重整是一种极具吸引力的工艺，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，该催化剂实现了卓越的催化性能，二氧化碳转化率�?1.2%，先进的CO生成速率�?41.7mmol·g⁻¹·min⁻¹，氢碳比为0.88，且�?燃料效率�?6.8%，属于已报道的最高值之一、�/p>

本文要点９�/strong>

�?）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�?0%（图4e）、�/p>

�?）全光谱吸收+近红外光热主寻�/strong>

碳载体与双金属协同实�?gt;90%全光谱吸收（�?e），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）、�/p>

�?）反应路径革命性优匕�/strong>

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�?倍，从源头抑制积碳、�/p>

�?）创纪录光能-燃料转化效率

�?52.9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�?燃料效率36.8%（图4d）、�/p>

�?）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、�/p>

4、图文解枏�/strong>

�? ：NixMoy/C-Al₂O₃催化剂制备示意�?nbsp;

�?：（a）Ni/C-Al₂O₃、（b）Ni�?₇₁Mo/C-Al₂O₃、（c）Mo/C-Al₂O₃催化剂的扫描电子显微镜（SEM）图像。（d）催化剂的BET比表面积及孔径分布�?nbsp;

�? ：（a）Ni�?₇₁Mo/C-Al₂O₃催化剂的高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）图像和（b）X射线衍射（XRD）图谱。（c）Ni�?₇₁Mo/C-Al₂O₃与Ni/C-Al₂O₃的Ni₂pX射线光电子能谱，（d）Ni�?₇₁Mo/C-Al₂O₃与Mo/C-Al₂O₃的Mo 3d X射线光电子能谱。（e）催化剂�?00 nm�?500 nm范围内的光谱吸光度�?nbsp;

�? ：催化剂在光驱动MDR中的性能评价。（a）H₂和CO的生成速率。（b）CH₄和CO₂的反应速率。（c）CH₄和CO₂的转化效率。（d）光-燃料效率及H�?CO比率。（e）反应后催化剂在空气中的热重（TG）曲线、�/p>

�? ：Ni/C-Al₂O₃催化剂在（a）预吸收CO₂和（b）预吸收CH₄后的原位FT-IR光谱。Ni�?₇₁Mo/C-Al₂O₃催化剂在（c）预吸收CO₂和（d）预吸收CH₄后的原位FT-IR光谱、�/p>

�?� (a) Ni1.71Mo/C-Al₂O₃催化剂的温度对光强度的依赖关系� (b) Ni1.71Mo/C-Al₂O₃催化剂的光电转换效率和产率对光强度的依赖关系�?c) Ni1.71Mo/C-Al₂O₃催化剂在不同波长辐射下�?.5 W）的H₂生成速率� (d) Ni1.71Mo/C-Al₂O₃催化剂在可见光、AM 1.5G和近红外辐射下的H₂和CO生成速率、�/p>

· 小结

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

1、实�?6.8%的光�?燃料转化效率�?41.7 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%：�/p>

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：�/p>

3、近红外光热贡献�?0%�?78℃）的热化学主导机制，使该催化剂�?52.9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、�/p>

5、本文所用设夆�/strong>

冯浩老师课题组在实验中所�?span style="color: rgb(0, 112, 192);">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、�/p>

科幂仪器

安徽科幂仪器有限公司（Anhui Kemi Instrument Co.,LTD.）成立于2014年，总部设在安徽省合肥市，拥有近万平方米的研发制造基地。公司持有A2级中国特种设�?压力容器制�?生产资格许可证，是一家专注于科研仪器和中小试设备及产业化合成反应装备研发、制造的国家高新技术企业、�/p>

科幂仪器依托中国科学技术大学等雄厚的科研力量，研制了多款具有自主知识产权的合成反应仪器、设备。技术驱动、方案营销，专注于非标方案的设计和多维立体化服务。产品已成功进驻国内所�?85�?11高校实验室及新材料、新能源、生物医药、石油化工等战略新兴产业头部企业，并远销欧美、澳洲、中东等地，覆盖国内外科研及企业客户20000余家，助推研发应�?000余项，助力用户发表SCI（一区）论文1000余篇�?nbsp;

作为央视《中国品牌故事》入选企业、安徽省专精特新企业、合肥市工业设计中心，科幂仪器秉承“严谨专业·创新高效·精益求精·创造价值”的科幂精神，致力于用专业和品质加速科研及产业化，为科研工作者加速取得科研成果提供更加“安全·便捷·精确·高效”的仪器设备、�/p>

公司主营科研仪器设备和中小试及产业化合成反应装备、�/strong>如：水热釜、快开式高压反应釜、高温炉式设备（热解�?CVD�?回转�?真空�?热重炉等）、固定床、催化剂评价装置、光催化反应装置、LED单波长光源、非标定制设备等、�/p>