用于低温甲烷热解的鲁棒α-NiMoO4/MoS2催化剂：Ni–Mo–S之间的协同作用实现可持续氢气生产，并结合选择性碳纳米管/石墨烯

催化甲烷分解中，界面工程α-NiMoO4/MoS2催化剂通过调控煅烧温度（450-750°C）实现纳米结构（纳米球/纳米片）与金属-载体相互作用（MSI）的精准设计，使500°C下CH4转化率达26%、TOF 0.61 s-1、稳定性提升6倍，并同步生成高结晶碳纳米管和石墨烯，MSI调控碳生长路径与活性位抗团聚性能。

　　

催化甲烷分解（CMD）为生产无二氧化碳的氢气和有价值的碳纳米材料提供了一条有前景的途径，但催化剂因碳沉积而失活仍然是一个关键挑战。在此，我们报道了一种可扩展、低废物的溶胶-凝胶法，用于制备经过界面工程处理的α-NiMoO₄和α-NiMoO₄/MoS₂催化剂，这些催化剂能够在500°C下实现稳定的甲烷分解反应。通过精确控制煅烧温度（450–750°C），我们调整了催化剂的相组成和形貌：在450–600°C时，以球形的α-NiMoO₄/MoS₂纳米颗粒（直径5–20纳米）为主；而在750°C时，则形成相纯的α-NiMoO₄纳米片。经过优化的α-NiMoO₄/MoS₂催化剂（含15 wt%的Ni）在500°C的温度下表现出26%的甲烷转化率、0.61 s^{–1E_a,app）以及295.8 mmol g–1 h–1的氢气产率（甲烷与氮气的摩尔比为12:18，流速为12 mL/min）。值得注意的是，该催化剂在超过12小时的连续运行时间内仍能保持这种优异性能，其性能比传统的Ni催化剂提高了6倍。除了生产氢气外，该工艺还将副产物碳转化为高价值的纳米结构：从纳米片催化剂中获得了高石墨化程度的碳纳米管（I_{D/IG = 1.03），而从含有MoS2的纳米颗粒中获得了少层石墨烯。机理研究表明，这种选择性源于煅烧过程中调节的金属-载体相互作用（MSI）：MoS2减弱了Ni与载体的结合，促进了石墨烯的形成；而在纯尖晶石相中较强的MSI则通过混合的尖端生长和基底生长机制促进了碳纳米管（CNT）的生长。进一步的表征（H2-TPR、TEM、XPS）表明，Ni-Mo-S之间的协同作用不仅削弱了Ni与载体的结合，还稳定了活性Ni位点，防止了其聚集，并调控了碳的扩散路径。通过将结构性质与催化性能直接关联起来，这项工作深化了对CMD过程中金属-载体相互作用（MSI）效应的基本理解，并建立了一种双功能催化策略，即通过煅烧调节的界面同时提高氢气的产率和控制碳纳米材料的选择性。这些发现共同揭示了一条实用且可扩展的途径，用于同时生产清洁氢气和高价值的碳纳米材料，从而将基础催化理论与可持续能源解决方案联系起来。}}