新型催化劑實(shí)現(xiàn)光驅(qū)動(dòng)甲烷到甲酸的高效轉(zhuǎn)化
文章來(lái)源：新能源網(wǎng) 更新時(shí)間：2025-01-22 21:53:05
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本報(bào)訊（記者王敏）中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授熊宇杰和劉東研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了光驅(qū)動(dòng)甲烷到甲酸的高效轉(zhuǎn)化，為甲烷轉(zhuǎn)化催化劑設(shè)計(jì)和反應(yīng)機(jī)理提供了新思路。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》。
光驅(qū)動(dòng)甲烷直接轉(zhuǎn)化為甲酸是將甲烷轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品并促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的一種前景廣闊的方法。然而，由于甲烷到甲酸涉及復(fù)雜的中間體，這一過(guò)程仍然具有挑戰(zhàn)性。 研究人員設(shè)計(jì)了一種以鉑活性位點(diǎn)修飾的三氧化鎢基光催化劑，通過(guò)質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移過(guò)程促進(jìn)氧活化，產(chǎn)生更多的活性氧物種，從而實(shí)現(xiàn)甲烷到甲酸的高效轉(zhuǎn)化。通過(guò)比較鉑單原子和純的三氧化鎢，他們發(fā)現(xiàn)負(fù)載鉑納米顆粒表現(xiàn)出更高的甲烷轉(zhuǎn)化速率和更高的甲酸產(chǎn)物選擇性。鉑納米粒子可以促進(jìn)氧氣吸附和活化，通過(guò)促進(jìn)光生載流子分離，實(shí)現(xiàn)氧氣解離。而通過(guò)提高溶液中的質(zhì)子濃度，可以提供足夠的質(zhì)子，從而降低羥基自由基形成勢(shì)壘，最終通過(guò)質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移過(guò)程促進(jìn)羥基自由基形成。 在該反應(yīng)體制中，研究人員設(shè)計(jì)的鉑-三氧化鎢基光催化劑穩(wěn)定性優(yōu)異，可以實(shí)現(xiàn)17.7毫摩爾每克的甲酸產(chǎn)率，其甲酸產(chǎn)物的選擇性為84%。 相關(guān)論文信息： https://doi.org/10.1021/jacs.4c12758 《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2025-01-22 第1版 要聞)
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