谢毅院士JACS：光催化甲烷制备乙烷

纳米技术

2024-04-18

光催化CH₄转化为C₂H₆受到学术界和工业的广泛关注，通常传统的CH₄氧化偶联反应具有较高的C₂H₆产率，但是偶联生成C₂H₆不可避免发生过氧化，导致产物选择性较低。传统的CH₄非氧化偶联反应具有更好的产物选择性，但是由于热力学角度上并不合适，导致面临着较低的催化活性。

有鉴于此，中国科学技术大学谢毅院士、孙永福教授、周蒙教授等报道提出了一种通过H₂O₂诱导CH₄偶联反应的新机理，其中H₂O₂生成·OH自由基能够快速的与CH₄反应生成·CH₃，这个步骤在热力学上是能量合理的过程，而且避免光生空穴活化CH₄以及·CH₃和·OH之间需要相互作用。

本文要点

（1）

通过多种原位表征技术、飞秒瞬态吸收、DFT理论计算等方法验证反应机理。这几的Au-WO₃纳米片催化剂在甲烷的光催化偶联反应中实现高达76.3 mol molAu^-1 h^-1的优异C₂H₆产率，选择性高达95.2 %，TON达到1542.7。这个性能比以往报道的光催化剂更好。

（2）

当使用室外的天然光进行光催化反应，Au-WO₃纳米片表现相似的光催化活性和选择性，说明这个光催化剂的应用前景。

参考文献

Kai Zheng, Mingyu Wu, Juncheng Zhu, Wei Zhang, Siying Liu, Xiaojing Zhang, Yang Wu, Li Li, Bangwang Li, Wenxiu Liu, Jun Hu, Chengyuan Liu, Junfa Zhu, Yang Pan, Meng Zhou*, Yongfu Sun*, and Yi Xie*, Breaking the Activity–Selectivity Trade-off for CH₄-to-C₂H₆ Photoconversion, J. Am. Chem. Soc. 2024

DOI: 10.1021/jacs.4c03546

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c03546