En studie om den fotokatalytiska ickeoxidativa kopplingen av metan till eten över koldopade ZnO/Au-katalysatorer publicerades av prof. Wei Xiao (College of Chemistry and Molecular Sciences, Wuhan University) och Dr. Yuhao Peng (College of Chemistry and Molecular Sciences, Wuhan University).
En fotokatalytisk omvandling av metan till flerkolföreningar är fortfarande en stor utmaning på grund av dess höga dissociationsenergi av C−H-bindningar och trög laddningsbärardynamik. Au-modifierad koldopad ZnO (C-ZnO/Au) fotokatalysator är konstruerad genom en gränssnittsmodifieringsassisterad självmonteringsmetod för fotokatalytisk omvandling av metan.
Genom att dra nytta av närvaron av C-ZnO/Au-gränssnitt minskar katalysatorn inte bara den excitoniska bindningsenergin för att förbättra den fotogenererade laddningsbärarseparationen utan förbättrar också stabiliteten hos gittersyre för att undertrycka C2 H4 överoxidation.
Dessutom accelererar denna hybridkatalysator också genereringen av Zn + –O – parar för att aktivera C−H-bindningar, stabiliserar reaktionsintermediären (*OCH3 ) för att uppnå C−C-kopplingen och främjar genereringen av lågvalens Zn för att påskynda dehydreringen av *OC2 H5 till C2 H4 .
Därför kan en stabil fotokatalytisk metanomvandlingsprestanda uppnås över C-ZnO/Au med en stökiometrisk generering av eten och väte.
"På grund av den höga dissociationsenergin hos metan och den komplexa ytstrukturen hos katalysatorer är det av stor betydelse att korrelera strukturen hos det aktiva centret med dess reaktiviteter. Strukturen hos C-ZnO/Au löses genom beräkning av densitetsfunktionella teorier , och mekanismen för mycket selektiv omvandling av metan till eten avslöjas genom in situ karakterisering," säger Xiao.
Ett fåtal implikationer framträder således för utformning av fotokatalysatorer för metanomvandling:1) förbättring av den fotogenererade laddningsbärarseparationseffektiviteten hos katalysatorn för att främja metanomvandling; 2) främja elektronöverföring till antibindande orbitaler av C−H-bindning för att påskynda metanaktivering; 3) stabilisering av reaktionsmellanprodukten för att förbättra C−C-kopplingen.
Studien är publicerad i tidskriften Science China Chemistry .
Mer information: Jing Wang et al, Fotokatalytisk icke-oxidativ koppling av metan till eten över koldopade ZnO/Au-katalysatorer, Science China Chemistry (2023). DOI:10.1007/s11426-023-1766-8
Tillhandahålls av Science China Press
