JACS：ZnO-AuPd光催化甲烷转化为乙烷、乙烯

纳米技术

2020-12-30

光催化为将甲烷转化为温和条件中将多碳分子化合物提供了可行方法，但是当甲基自由基作为反应中间体时，该反应通常反应生成乙烷等产物，很少会反应生成乙烯。有鉴于此，中国科学技术大学熊宇杰教授、国家同步辐射实验室龙冉等报道了一种通过光催化方法将甲烷转化生成乙烯的方法，通过生成烷氧中间体物种、对烷氧中间体脱氢，在Pd修饰的ZnO-Au催化剂上进行反应。

 本文要点：

（1）

通过各种原位表征，揭示了Pd导致催化剂产生脱氢反应性能，驱动了反应的进行。在反应过程中，甲烷在ZnO通过Pd辅助下切断C-H键生成甲氧基，随后甲氧基中间体物种进一步的通过脱氢，与甲基自由基偶联生成乙氧基，随后通过脱氢反应生成乙烯。

（2）

在优化的ZnO-AuPd复合催化剂上，当Au中分散原子级Pd催化剂，在8 h中以96 %的C₂₊选择性（39.7 % C₂H₄、54.9 % C₂H₆）和536 μmol g^-1的甲烷转化速率进行光催化。该工作展示了温和条件中进行烷烃转化反应，通过脱氢反应过程改善光催化性能、提高不饱和烷烃产物的选择性。

参考文献

Wenbin Jiang, Jingxiang Low, Keke Mao, Delong Duan, Shuangming Chen, Wei Liu, Chih-Wen Pao, Jun Ma, Shuaikang Sang, Chang Shu, Xiaoyi Zhan, Zeming Qi, Hui Zhang, Zhi Liu, Xiaojun Wu, Ran Long*, Li Song, and Yujie Xiong*, Pd-Modified ZnO–Au Enabling Alkoxy Intermediates Formation and Dehydrogenation for Photocatalytic Conversion of Methane to Ethylene, J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c10369

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c10369