唐军旺等JACS:AuCu助力室温甲烷转化

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温和条件下实现甲烷直接转化制高附加值化学品在能源和环境领域表现出巨大的潜力,但其活性和高选择性仍然面临着非常大的挑战。


有鉴于此,英国伦敦大学学院唐军旺西北大学罗磊报道了在室温和光照下,以O2作为氧化剂,利用ZnO负载AuCu双助催化剂(AuCu-ZnO),实现同时调控甲烷转化反应的活性和选择性。含氧化合物的最优总产率达到224.5 μmol·h-1,选择性接近100%,其中初始含氧化合物(CH3OH和CH3OOH)的选择性高达80%,量子产率达到14.1%。原位XPS和EPR证实Au和Cu分别作为光生空穴和电子接收体,协同促进电荷的有效分离。同位素实验证明O2是生成CH3OH的唯一氧源,而水在促进甲烷活化和抑制产物过度氧化方面具有积极作用。


本文要点

要点1. 初级氧化产物(CH3OH和CH3OOH)和甲醛(HCHO)的总产量达到224.5 μmol·h-1,选择性接近100%,其中初始氧化产物的选择性达到80%,量子产率达到14.1%,是目前报道的最高值。

要点2. 原位XPS和EPR证明Au和Cu分别作为光生空穴和电子接收体,协同促进电荷分离。Au促进水氧化反应,加快光生空穴向羟基自由基转化,在削弱氧化势的同时,抑制产物的过度氧化。

要点3. 氧气是生成含氧化合物的唯一氧源,水通过产生羟基自由基活化甲烷,同时,水也通过促进产物脱附抑制产物深度氧化。

Lei Luo, Zhuyu Gong, Youxun Xu, Jiani Ma, Huifen Liu, Jialiang Xing, and Junwang Tang*. Binary Au–Cu Reaction Sites Decorated ZnO for Selective Methane Oxidation to C1 Oxygenates with Nearly 100% Selectivity at Room Temperature. Journal of the American Chemical Society, 2021, 
DOI:10.1021/jacs.1c09141.


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