DOI: 10.1016/S1872-2067(21)63835-4近日，《催化学报》在线发表了日本国立材料研究机构叶金花教授团队在光热协同催化领域的最新研究成果。该工作以第VIII族金属为活性中心，通过原位调控载体WO3的光学特性实现了高效光热协同甲烷CO2重整。论文共同通讯作者为：Huimin Liu 和 Jinhua Ye。将廉价的碳源(CO2)转化为化石燃料可缓解由于温室气体引起的气候问题。甲烷二氧化碳重整(CRM)是二氧化碳转化利用的有效途径之一，然而，CRM通常需要较高的反应温度，这意味着大量的能源消耗。本文采用对光响应的催化剂、引入光照能量来活化CO2，利用光热协同催化CRM。要实现光热协同催化CRM，关键是高效催化剂的研制。寻找高效的光热协同催化剂具有重要意义。本文利用WO3光学性能的可调变性及其在高温下可被H2、CO等还原性气体还原的特性，制备了以WO3为载体的第VIII族金属催化剂。在CRM反应中，WO3会被产物中的H2和CO还原，产生氧空穴。具有氧缺陷的WO3-x具有更强的吸光性能及对CO2的活化能力，进而提高了其负载的第VIII族金属催化剂的光热协同催化性能。图1. Rh/WO3和Rh/TiO2在CRM反应中的性能, (a) CO2转化率, (b) CH4转化率, (c) CO收率, (d) H2收率.
我们将WO3负载的第VIII族金属催化剂在CRM反应中进行评价（图1以Rh/WO3为例），发现其在可见光辅助下的催化活性是在热驱动条件下的1.4-2.4倍。该活性增强率(1.4-2.4倍)与等离子体金催化剂的活性增强率(1.7倍)相当。图2. (a) 反应前后Rh/WO3的W4f XPS 谱图, 蓝色线: W6+, 橙色线: W5+, (b) WO3和Rh/WO3的H2-TPR 谱图, (c) XRD 谱图, (d) 反应后的Rh/WO3的紫外可见吸收光谱.我们通过XPS, H2-TPR, XRD及UV-Vis等手段对反应后的催化剂进行表征（以Rh/WO3为例）, 结果显示, 在CRM反应气氛下, WO3部分原位还原为WO3-x, 并且活性增强率与WO3-x在可见光区域的吸光趋势相吻合, 说明是WO3-x导致可见光辅助下活性增强。对反应前后的Rh/WO3催化剂在CO2气氛下进行ESR分析，结果显示CO2可以被WO3-x通过Mars–van Krevelen机理进行活化, 进而提高了催化活性.1. 可通过原位调控部分催化剂在反应条件下的织构性质、光学性能等来提高催化剂的催化性能。2. 本文为提高光热协同催化活性提供了一条有效途径。叶金花，NIMS 首席研究员、北海道大学教授。近 20 多年来，叶金花教授课题组主要从事光功能材料的研究开发以及其在环境保护及新能源领域的应用研究，先后承担了日本政府、产业界等十几项重大研究项目。取得了多项国际领先的创新性成果。在 Nature、Nat. Mater.、Joule、Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Phys. Rev. Lett. 和 Adv. Mater. 等国际著名杂志上发表 500 余篇高质量论文，迄今已获得同行约 32,000 次引用，H因子92。2016年被接纳为英国皇家化学会会士，并被汤森路透评选为 2016 和 2018 年度全球高被引科学家，担任英国皇家化学会 Catalysis Science & Technology 杂志副主编。
