研究内容甲烷与增值工业化学品的光催化氧化偶联为实现可持续发展提供了一种有吸引力的绿色技术，但遇到了甲烷转化率相对较低和严重过氧化的双重瓶颈。中国科学技术大学熊宇杰和高超 设计了一个连续气流系统，通过协同中等活性氧、表面等离子体介导的极化和多点进气流反应器，实现高效的光催化甲烷氧化偶联(OCM)，同时抑制过氧化。在带有自制三维(3D)打印流动反应器的连续气流系统中， Au/TiO 2 光催化剂的CH 4 转化率达到218.2 μmol h -1 ，对C 2+ 碳氢化合物的选择性达到~90%，在240小时内具有显著的稳定性。相关工作以“ Continuous Flow System for Highly Efficient and Durable Photocatalytic Oxidative Coupling of Methane ”为题发表在国际著名期刊 Journal of the American Chemical Society 上。研究要点要点1. 作者通过反应器和光催化剂的设计，在相对高的O 2 浓度(高达6.8%)下，实现了对C 2+ 轻烷烃的高效、选择性和持久的光催化OCM，协同促进了传质、活性氧的控制、甲基中间体的稳定和表面等离子体介导的CH 4 活化。要点2. 考虑到其丰富的表面O空位可以促进O 2 的活化以产生足够的活性氧，作者选择了具有主要(001)晶面的TiO 2 纳米片(NS)作为模型光催化剂。然后，将Au纳米颗粒(NPs)负载在TiO 2 纳米片上(Au/TiO 2 )以稳定甲基中间体，同时控制活性氧，因为形成的Au-TiO 2 界面可以介导吸附的O 2 的电荷状态，从而调节O 2 的活化。此外，Au NPs的LSPR诱导的电场可以促进CH 4 中C-H键的极化和离解。要点3. 作者通过自制的三维(3D)打印多点进气流反应器，Au/TiO 2 光催化剂实现了218.2 μmol h -1 的优异CH 4 转化率、~90%的高选择性以及OCM在连续气流系统中生产C 2+ 轻烷烃超过240小时的卓越稳定性。原位光谱表征与理论计算相结合，揭示了Au/TiO 2 光催化剂上氧活化、表面等离子体介导的CH 4 活化和过氧化物(O 2 2- )介导的OCM到C 2 H 6 的机制，与裸TiO 2 上CH 4 到CO 2 的过氧化形成对比。这项工作通过协同设计反应器和光催化剂来同步调节传质、反应物的活化和过氧化的抑制，为设计光催化OCM的高性能流动系统提供了一个信息丰富的概念。研究图文图1. 催化剂的特性。图2. 光催化OCM性能。图3. O 2 活化的机理研究。图4. 光催化OCM的理论计算。图5. 光催化OCM的拟议机制：Au/TiO 2 上光催化OCM的拟议机制示意图。文献详情Continuous Flow System for Highly Efficient and Durable Photocatalytic Oxidative Coupling of MethaneYihong Chen, Yuan Zhao, Dong Liu, Gang Wang, Wenbin Jiang, Shengkun Liu, Wenqing Zhang, Yaping Li, Zili Ma, Tianyi Shao, Hengjie Liu, Xiyu Li, Zhiyong Tang, Chao Gao,* Yujie Xiong*J. Am. Chem. Soc.DOI : https://doi.org/10.1021/jacs.3c10069版权声明： 「崛步化学」旨在分享学习交流化学、材料等领域的最新资讯及研究进展。编辑水平有限，上述仅代表个人观点。投稿，荐稿或合作请后台联系编辑。感谢各位关注！