氢气作为一种清洁能源，具有燃烧热值大（121 kJ/g），产物洁净且无二次污染等优点，因此是一种理想的二次能源。甲烷重整反应是工业制氢的常用技术，但是用于该反应的催化剂在高温反应条件下会产生积碳和活性组分烧结等现象，易导致催化剂失活。

碳化钼（MoCx）材料具有类贵金属性质，同时可作为载体和助剂起到分散和稳定金属的作用，作为一种新型催化材料在甲烷重整制氢反应过程中展现出独特优势。基于前期发现的碳化钼基催化材料优异的活化CO₂分子的催化性质以及其作为基底与活性金属间可形成极强相互作用的优异特性，团队提出利用过渡金属碳化物作为新型储氧材料，构建低温“MoC_x→MoC_xO_y”化学循环，代替传统的氧化物储氧材料（如CeO₂、Fe₂O₃等），开发了兼具低温高活性和高循环稳定性的Ni-(α-MoC)/Al₂O₃界面催化剂，实现了低温甲烷高选择性制合成气（选择性接近100%）以及二氧化碳还原再生的稳定循环。研究表明，Ni和MoC之间的强相互作用诱导Ni纳米颗粒从Al₂O₃表面原子级重新分散到α-MoC上，在氧化还原循环过程中，MoC_x和MoC_xO_y之间发生动态的结构转变，并原位形成新的Ni-MoC_xO_y活性界面，在500^oC即可有效活化甲烷制取氢气，相比目前文献已报道催化剂，反应温度大幅降低200-300^oC；同时，历经1140次的循环测试过程，催化剂反应活性以及对合成气的选择性基本保持不变，表现出优异的循环稳定性。该研究工作首次将碳化钼作为储氧材料应用于化学链式CH₄/CO₂重整制氢过程，为过渡金属碳化物作为储氧材料应用于化学链反应过程提供了创新思路和途径。【Chem，DOI：10.1016/j.chempr.2022.09.007】

基于团队多年来在碳化物基催化材料应用于重整制氢以及C1资源转化利用等领域的系统研究，以及所发现的新型过渡金属碳化物与被分散金属间的强相互作用，并提出碳化物基底分散和稳定活性金属新策略，构建多种金属/碳化钼强相互作用界面材料等研究基础，近日石川教授团队和郭新闻教授、北京大学马丁教授团队合作，全面综述了碳化钼催化剂在甲烷重整制氢反应中的研究进展，特别是对其表面性质、反应机理、改性策略及其它碳化物类催化剂的应用等方面进行系统总结。同时，概括归纳了碳化钼催化剂在甲烷重整反应中的优势和潜在问题，并且有针对性从工业操作和催化剂设计两方面出发，提出四种有效策略，用于提升碳化钼催化剂在z制氢反应中的催化性能。最后，总结了碳化钼催化剂在甲烷重整反应中的前景和挑战，并对未来发展方向进行了展望。通过分析总结碳化钼催化剂在反应中的作用机制，对该材料在其它氧化-还原反应中的应用提供理论基础。【ACS Catalysis，DOI：10.1021/acscatal.2c04619】

工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、兴辽英才计划、前沿科学中心基金、中央高校基础科研业务费等的资助。

全文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2451929422004806

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscatal.2c04619