我院王心晨/汪思波课题组，在Journal of the American Chemical Society上发表了题为“Activating lattice oxygen in perovskite ferrite for efficient and stable photothermal dry reforming of methane”的研究论文。在本文中，研究人员通过利用锰（Mn）取代钙钛矿铁氧体（LaFeO₃）中的部分铁（Fe）位点（LaMnFeO）可以活化晶格氧（LOs），当使用Ru NPs修饰后的催化剂（Ru/LaMnFeO）时，其表现出优异的光热DRM活性和耐久性。该工作强调了精细金属取代来调节LO活性的可行性，为探索通过Mars-van Krevelen机制进行的太阳能氧化还原反应的先进光热催化剂提供了见解。

太阳能驱动的甲烷光热干重整（DRM，CH₄+CO₂→2CO+2H₂，ΔH_{298 K}=247 kJ mol^-1）是一种经济且可持续的方案，其优点是克服了热催化配方的局限性。这种技术通常通过光增强的Mars-van Krevele机制进行，使用贵金属修饰的金属氧化物作为催化剂。

促进这种光热DRM的关键在于激活晶格氧（LOs）以允许它们迁移，从而介导CH₄和CO₂的转化。尽管可以通过捕获光生空穴来辅助LOs的激活，但金属氧化物中强烈的金属-氧相互作用严重限制了LOs的迁移率，阻碍了DRM的效率。

精确的位置掺杂是调整金属氧化物催化剂中LOs活性的有效策略，在ABO₃钙钛矿体系中尤为突出。这类氧化物在氧化还原循环中具有显著优势，得益于其结构框架可集成多种活性金属的特性。用第三个阳离子取代A-或B-位点可以调整LO的活性，使钙钛矿在不同的反应中取得显着的性能。研究显示，Rh纳米颗粒修饰的SrTiO₃和LaNiO₃钙钛矿在光驱动DRM领域取得突破性进展。然而，现有体系的催化效率与长效稳定性仍待提升，其潜在的机制也有待阐明。

基于此，本研究采用Mn部分替代LaFeO₃中Fe位点的策略，成功诱导La到Mn位点的定向电荷转移，实现了钙钛矿电子结构的重构优化，显著提升了LO迁移效率。进一步通过Ru纳米颗粒的表面负载，构建出兼具高效性和耐久性的光热催化DRM反应体系。

Ru/LaMnFeO的光热DRM反应路径示意图

这一成果发表在Journal of the American Chemical Society上，论文的第一作者为福州大学化学学院博士研究生李继龙，王心晨教授、汪思波教授为论文的共同通讯作者，为本研究提供了重要的指导。这项研究工作得到了国家自然科学基金等项目的大力支持。

论文信息 

“Activating Lattice Oxygen in Perovskite Ferrite for Efficient and Stable Photothermal Dry Reforming of Methane”, Jilong Li, Jiwu Zhao, Sibo Wang*, Kang-Shun Peng, Bo Su, Kunlong Liu, Sung-Fu Hung, Meirong Huang, Guigang Zhang, Huabin Zhang and Xinchen Wang*, J. Am. Chem. Soc. 2025, 147 (17), 14705-14714. DOI: 10.1021/jacs.5c03098.