ACS Catal.：CeO₂纳米片耦合界面电荷分离与氧空位动力学用于光驱动甲烷干重整

背景：甲烷干重整（DRM）是一种将温室气体（CH₄和CO₂）转化为合成气的重要反应，但传统热催化过程需要高温（>800°C），能耗大且易积碳。光催化技术可在温和条件下进行该反应，然而光能转换效率低且缺乏对反应机理的深入理解。研究目的：本研究旨在通过设计Rh负载于二维CeO₂纳米片（Rh/CeO₂-NS）催化剂，利用界面电荷分离和氧空位动力学，在低强度光照下实现高效光驱动甲烷干重整，并揭示其反应机制。结论：Rh/CeO₂-NS催化剂在1.20 W·cm⁻²光照下H₂和CO产率分别达681和832 mmol·gRh⁻¹·h⁻¹，创下Rh基催化剂在低强度辐照下的最高光化学能转换效率。机理研究表明，光生电子从CeO₂-NS经肖特基结转移至Rh NPs形成富电子Rh⁶⁻物种，空穴则留在CeO₂-NS上诱导动态氧空位生成。这些氧空位作为活性位点降低CO₂解离能垒并促进CH₃O氧化及CO脱附，实现光驱动Mars-van Krevelen（MvK）循环。超薄纳米片结构降低了氧空位形成能并提升电荷分离效率，为高效光驱动DRM提供了新策略。