谢毅院士/孙永福Angew：CO2作为弱氧化剂实现光催化甲烷偶联制乙烷
学术
2024-12-30 20:37
上海
甲烷光催化氧化偶联（OCM）为将温室气体转化为有价值的C2碳氢化合物提供了一条有吸引力的途径。但是O2作为最常用的氧化剂，容易造成不可避免的过氧化和甲烷原料的浪费。有鉴于此，中国科学技术大学谢毅院士、孙永福教授等首次报道了在温和条件下使用CO2作为弱氧化剂生产C2H6的光催化OCM。要点1. 作者构建具有独特界面位点的高效光催化剂，能够促进CO2的吸附和活化，同时促进CH4的解离。以Au量子点为模型，通过原位开尔文探针力显微镜、准原位X射线光电子能谱和理论计算，表明Au-Vo-Ti是吸附和活化CO2的界面位点。与单金属位点相比，Au-O-Ti界面位点具有较低的CO2吸附能，并通过Au-C和Ti-O双位点键合使*CO2加氢步骤的能垒从1.05 eV降低到0.77 eV。吸附CO2将*CH4解离成*CH3的能垒从2.13 eV降低到1.59 eV，促进了CH4的氧化。此外，红外光谱表征揭示Au位点通过参与*CH3-Au相互作用和加速CH3-CH3耦合，促进乙烷的产生。要点2. 因此，使用CO2作为弱氧化剂的OCM光催化剂的C2H6产率高达2.60 mmol g-1 h-1，这个C2H6产率超过了以往报道大多数报道的甲烷氧化偶联催化和非氧化甲烷偶联的光催化剂。Mingyu Wu, Juncheng Zhu, Yang Wu, Siying Liu, Kai Zheng, Shumin Wang, Bangwang Li, Jing Li, Chengyuan Liu, Jun Hu, Junfa Zhu, Yongfu Sun, Yang Pan, Yi Xie, Photocatalytic Oxidative Coupling of Methane to Ethane Using CO2 as a Soft Oxidant Over the Au/TiO2-Vo Nanosheets, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202414814https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202414814
