熊宇杰/龙冉/姚颖方Nat. Commun.: Pd SAs掺入TiO2表面晶格，实现高效光催化NOCM
熊宇杰/龙冉/姚颖方Nat. Commun.: Pd SAs掺入TiO2表面晶格，实现高效光催化NOCM
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甲烷的非氧化偶联(NOCM)是同时产生多碳化合物和氢气的一个非常重要的过程。尽管基于氧化物的光催化在温和条件下能够催化NOCM，但由于CH 4 被晶格氧过度氧化，氧化产物的选择性和反应的耐久性并不理想。基于此， 中国科学技术大学熊宇杰 、 龙冉 和 南京大学姚颖方 等以TiO 2 作为模型，在其表面晶格中掺入Pd SAs(Pd 1 /TiO 2 )以实现高选择性和稳定光催化NOCM。
研究人员利用Pd-O 4 单元修饰TiO 2 近表面的价带，在温和条件下实现了高效的光驱动CH 4 转化为C 2 H 6 。得益于Pd-O 4 单元对价带的调节，单个Pd位点处实现了光生空穴的积累，这些空穴能够解离C-H键并吸附∙CH 3 以形成C 2 H 6 ；这也降低O原子在价带中的作用，抑制了CH 4 与晶格氧的过氧化，显著提高了催化耐久性。
因此，Pd SAs改性催化剂(Pd 1 /TiO 2 )对C 2 H 6 的产生表现出最高的性能。在350 nm处具有3.05%的表观量子效率和0.91 mmol g -1 h -1 的C 2 H 6 产生速率。更重要的是，VBM中Pd-O 4 的占据状态抑制了CH 4 与晶格氧的过氧化，这使得CH 4 转化为C 2 H 6 的选择性高达94.3%，并显着提高了氧化物光催化剂的稳定性。
此外，选择相关元素(即Si)来掺杂TiO 2 晶格，也进一步稳定了亚表面晶格氧并提高了催化剂在24小时内的耐久性。
High-performance Photocatalytic Nonoxidative Conversion of Methane to Ethane and Hydrogen by Heteroatoms-Engineered TiO 2 . Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-30532-z
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