Ti3C2 MXene/g-C3N4复合载体动态锚定Co0.1Ce0.1Ni0.8三金属合金实现太阳能驱动甲烷干重整高效有序能量转化

为解决传统甲烷干重整（DRM）反应高温需求（>700°C）及能量转化效率低的问题，研究人员通过共价组装构建g-C3N4/Ti3C2 MXene复合载体，动态锚定Co0.1Ce0.1Ni0.8三金属合金（TA），实现光热耦合下71%的甲烷转化率（600°C）及显著氢产率提升。该研究提出“三界面双传输”机制，为温和条件下DRM及光热催化系统优化提供新范式。

　　

甲烷作为主要温室气体和清洁能源载体，其高效转化对实现“双碳”目标至关重要。传统甲烷干重整（Dry Reforming of Methane, DRM）需700°C以上高温，能耗高且催化剂易烧结。太阳能驱动DRM虽能降低温度依赖，但存在光生电荷复合快、热管理困难等挑战。如何通过材料设计协同光热效应，成为突破该领域瓶颈的关键。

西安交通大学的研究团队创新性地提出“动态锚定”策略，以g-C₃N₄/Ti₃C₂ MXene异质结为载体，负载Co_0.1Ce_0.1Ni_0.8三金属合金（Trimetallic Alloy, TA），在《Renewable Energy》发表的研究中实现了600°C下71%的甲烷转化率，较传统工艺降低100°C以上，且氢产率显著优于同类研究。

关键技术包括：1）HF蚀刻法制备Ti₃C₂ MXene；2）高温煅烧合成g-C₃N₄；3）共沉淀法构建TA@G_xTi_y复合催化剂；4）原位X射线衍射（XRD）追踪动态锚定过程；5）紫外-可见漫反射（UV-Vis DRS）评估光吸收性能。

Anchoring and diffusion of Co_0.1Ce_0.1Ni_0.8 TA at heterogeneous interfaces
通过原位还原实验发现，TA纳米颗粒优先锚定在Ti₃C₂ MXene的缺陷位点，Ce元素促进Co/Ni电子重分布，形成富电子活性中心。XPS证实界面电荷转移使Ni 2p结合能降低1.2 eV，增强CH₄解离能力。

Conclusion
研究揭示“三界面双传输”机制：1）g-C₃N₄-Ti₃C₂界面加速光生电子转移；2）TA-载体界面实现热电子注入；3）TA表面活性位点促进C-H键活化。该设计使表观活化能降低至43.5 kJ/mol，较传统Ni催化剂下降38%。

该工作为温和条件下DRM提供了新思路：MXene的高导电性（载流子迁移率>1000 cm²/V·s）与g-C₃N₄的宽光谱吸收（带隙2.7 eV）协同，实现太阳能全光谱利用。所提出的动态锚定策略可拓展至其他多相催化体系，对光热催化工业化具有指导意义。