Pequenos aglomerados de mooₓ em nanofeetas de tio₂ Enhance Seletivity in fotocatalytic metano oxidação

Pesquisadores da Academia de Inovação para Ciência e Tecnologia de Medição de Precisão (APM) da Academia Chinesa de Ciências descobriu que ancoragem subnométrica moo_x aglomerados no Tio₂ NanoSoSoheets podem efetivamente suprimir a formação de CO₂ Durante a oxidação do metano, aumentando significativamente a seletividade para produtos orgânicos oxigenados.

Essa descoberta lança luz sobre a atividade e o mecanismo da oxidação seletiva fotocatalítica do metano. A pesquisa é publicado em Comunicações da natureza.

Metano (cap₄), abundante, mas quimicamente inerte, apresenta desafios para a conversão direta em produtos de alto valor, como metanol e formaldeído. Os métodos termocatalíticos tradicionais requerem condições adversas e geralmente sofrem de baixa seletividade, levando à superoxidação.

Fotocatálise, acionada por energia photo voltaicoferece uma alternativa mais verde, mas melhorar a atividade e a seletividade permanece difícil.

Enquanto cocatalisadores nobres de metallic, como o ouro, melhoram o desempenho, seus limites de alto custo. Portanto, promotores de metallic não nobradores como Nickel e Cobalt ganharam interesse, mas equilibrar a taxa de conversão e a seletividade permanecem ilusórias.

Neste estudo, os pesquisadores desenvolveram um Tio₂-fotocatalisador baseado em baseado com ultrasmall (0,6 nm) moo_x Clusters. Eles alcançaram uma reação eficiente de oxidação fotocatalítica do metano.

O catalisador com um moo 0,5%_x O carregamento exibiu a atividade catalítica preferrred, alcançando um rendimento de oxigenato orgânico de 3,8 mmol/g em duas horas, com seletividade se aproximando de quase 100%. Ele exibiu um aparente rendimento quântico de 13,3% a 365 nm e manteve alta seletividade estável (> 95%) em 1.800 minutos de reação contínua, demonstrando excelente durabilidade.

Análises de ressonância paramagnética eletrônica in situ (EPR) e ressonância magnética nuclear (RMN) revelaram que Moo_x Clusters ativam o₂ Para formar espécies de superfície ativa (MO-OO e MO-OOOH), que facilitam a ativação das ligações de carbono-hidrogênio do metano para formar intermediários de reação (Mo-Ch₂). Isso efetivamente inibe a formação de radicais hidroxila (• OH) e radicais superóxidos (O₂•-), reduzindo assim a super-oxidação de produtos.

Além disso, os elétrons fotogerados reduzem as espécies de MO que, na presença de água, facilitam a dessorção de formaldeído da superfície do catalisador, impedindo a oxidação adicional.

Este estudo fornece novas idéias para projetar catalisadores de metallic eficientes não nobradores, avançando a aplicação prática de metano Tecnologia de conversão.