谢毅院士JACS：Pd-ZnO光催化乙烷脱氢

纳米技术

2024-06-07

光催化将C₂H₆转化为C₂H₄是具有前景的技术路线，但是由于C-H键的解离能量达到420 kJ mol^-1，这是光催化C₂H₆还原为C₂H₄的主要挑战。

有鉴于此，中国科学技术大学谢毅院士、孙永福教授等报道将部分氧化的Pd^δ+物种修饰在ZnO纳米片表面，这种结构通过Pd^δ+与H原子之间的电子相互作用降低C-H化学键，因此实现了非常好的C₂H₆还原为C₂H₄性能。

本文要点

(1)

通过XPS表征、Bader电荷计算、电子定域化函数（ELF）计算，说明存在部分氧化的Pd^δ+物种。通过原位XPS表征说明Pd^δ+位点能够提供光生电子用于C₂H₆脱氢。

原位ESR表征、原位FTIR表征、分子捕获实验表征结果验证说明C2H6首先通过·OH转化为CH₃CH₂OH，随后通过脱羟基化生成CH₃CH₂·，最后生成C₂H₄。DFT理论计算结果说明Pd位点将C₂H₆的C-H化学键键长从1.10增加值1.12 Å，增加的化学键长度有助于切断C-H化学键，并且切断C-H键的能垒降低0.04 eV。

(2)

优化的5.87 % Pd-ZnO纳米片C₂H₆脱氢制备C₂H₄在4 h内的产率达到16.32 mmol g^-1，选择性达到94.83 %，氢气的产量达到14.49 mmol g^-1。这个性能比类似条件的以往催化活性更好。

参考文献

Zexun Hu, Juncheng Zhu, Runhua Chen, Yang Wu, Kai Zheng, Chengyuan Liu, Yang Pan, Jiafu Chen, Yongfu Sun*, and Yi Xie*, High-Rate and Selective C₂H₆-to-C₂H₄ Photodehydrogenation Enabled by Partially Oxidized Pd^δ+ Species Anchored on ZnO Nanosheets under Mild Conditions, J. Am. Chem. Soc. 2024

DOI: 10.1021/jacs.4c02827

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c02827