第VIII族金属，无论是贵金属(Rh，Ru，Pt)还是非贵金属(Ni，Co，Fe)，已被证明在甲烷干重整(DRM)反应中具有催化活性。其中，过渡金属碳化物，如碳化钼(Mo2C)和碳化钨(WC)在甲烷芳构化反应中表现出显著的催化活性。然而，在热催化反应条件下，Mo2C在DRM反应中具有有限的甲烷裂解能力，这导致催化剂在缺碳环境中过氧化并最终失活。
脉冲激光是一种由受激发射和光放大过程产生的高能量密度光，其与材料之间的相互作用可以产生一些独特的效应。脉冲激光产生的局部热效应可以触发光热化学反应，并且聚焦脉冲激光产生的高能电子可以引起气体分子的分解，导致形成高活性等离子体。因此，推测脉冲激光可以作为热源和等离子体源应用于DRM，进而弥补对Mo2C的缺陷。基于此，济南大学周伟家、赵莉莉和北京大学马丁等利用激光照射Mo2C催化剂，在相对温和的反应条件有效驱动DRM反应。实验结果表明，通过脉冲激光照射，Mo2C催化剂上H2和CO生产速率分别为14300.8 mmol h-1 g-1和14949.9 mmol h-1 g-1，达到创纪录的高水平。此外，在流动式激光催化DRM系统中，甲烷转化率高达50.5%，并且实现了更高的H2/CO比率(0.86)。此外，该系统的能量效率为0.98 mmol kJ-1，还同时能够连续稳定运行100000小时，显示出巨大的应用前景。通过一系列表征，研究人员证实激光诱导的等离子体和激光诱导的热效应协同提升了Mo2C的DRM催化活性。脉冲激光在Mo2C表面产生高温热区，热力学上足以驱动DRM反应；同时，脉冲激光与Mo2C之间的相互作用产生了高能电子，进而在气固界面诱导了CH4和CO2的等离子体化，从而增强了DRM的活性。此外，Mo2C上生形成C*是DRM的限速步骤。在传统的热催化DRM中，产生C*的能垒高于产生O*，从而产生一个C*缺乏的环境，阻碍了Mo2C的结构稳定性。这种情况使Mo2C易于氧化，最终转化为MoO2；脉冲激光诱导的等离子体破坏了CH4脱氢的限制步骤，使得Mo2C催化剂的DRM催化活性增强和稳定性改善。Pulsed laser induced plasma and thermal effects on molybdenum carbide for dry reforming of methane. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-49771-3
