综述：光热甲烷干法重整：催化剂结构、机理路径与未来挑战

本综述系统探讨了光热甲烷干重整（PT-DRM）技术，该技术通过整合光子与热活化机制（如局域表面等离子体共振（LSPR）、半导体带隙激发等），突破传统DRM的热力学与动力学限制，实现CH4与CO2的高效转化与太阳能驱动合成气（syngas）生产，为温室气体资源化利用提供新策略。

　　

催化剂结构设计

PT-DRM催化剂体系主要分为三类：纳米颗粒基催化剂、全暴露活性位点系统与混合纳米结构。纳米颗粒催化剂通过调控形貌（如核壳结构、多面体）与金属分散度，优化光吸收效率与热传导性能。全暴露活性位点系统通过单原子或团簇结构实现活性位点最大化利用，增强反应物吸附与活化能力。混合纳米结构则整合半导体材料与等离子体金属（如Au、Ag），通过界面电荷转移提升光热协同效应。

机理路径解析

PT-DRM反应机制涉及多重路径：晶格氧循环中金属氧化物（如CeO₂）通过氧空位形成与修复参与CH₄活化与CO₂解离；氧空位动力学调控中间体（如CO、H）的生成与结合；双位点氧化还原机制通过金属-载体界面协同促进C–H键断裂与C–C偶联抑制。这些路径的 dominance 受催化剂结构与反应环境（温度、光强）显著影响。

技术挑战与展望

当前PT-DRM面临四大核心挑战：其一，光热效应解耦困难，难以量化光子与热对反应速率的贡献；其二，活性位点在 operando 条件下的不稳定（如烧结、积碳）导致催化剂失活；其三，副反应（如逆水煤气变换、碳沉积）的抑制需通过界面工程与电子结构调制实现；其四，缺乏实时表征技术（如纳米尺度热成像、瞬态光谱）以监测反应中间体与局部温度梯度。未来需跨学科融合光物理与催化化学，开发动态诊断工具与理性设计策略，推动太阳能驱动合成气技术的实际应用。