CH4直接轉(zhuǎn)化為高附加值多碳（C2+）化合物是合成燃料和化學(xué)品的一種極具前景的方法。其中，CH4光催化氧化偶聯(lián)（POCM）在常溫常壓下產(chǎn)生C2+化合物，不受熱力學(xué)限制，被視為一種具有廣闊應(yīng)用前景的CH4轉(zhuǎn)化技術(shù)。然而， 在POCM過(guò)程中如何克服C–H解離的動(dòng)能勢(shì)壘以提升乙烷產(chǎn)率仍極富挑戰(zhàn)性。
近日，浙江大學(xué)的劉越教授、吳忠標(biāo)教授、昆士蘭大學(xué)的王連洲教授以及四川大學(xué)的岑望來(lái)副研究員合作，以Au1Ag單原子合金負(fù)載的ZnO為研究對(duì)象，通過(guò)Au和Ag的協(xié)同策略在水和氧氣共存條件下有效地促進(jìn)了光催化甲烷氧化偶聯(lián)制乙烷的反應(yīng)過(guò)程。
在CH4/Air=49.5:0.5和20%相對(duì)濕度條件下，Au1Ag單原子合金負(fù)載的ZnO樣品展現(xiàn)出優(yōu)異的C2H6產(chǎn)率（14.0 mmol g?1 h?1）和選擇性（79%）。乙烷表觀量子產(chǎn)率（在350 nm下為14.6%）是目前最佳光催化系統(tǒng)的兩倍以上。 通過(guò)表征和DFT計(jì)算表明，Au1Ag單原子合金中原子分散的Au有效地促進(jìn)了O2和H2O的離解生成*OOH，促進(jìn)了CH4在光生O-物種上C–H活化形成*CH3。缺電子的Au單原子作為橋梁，促進(jìn)了電子供體*CH3從ZnO遷移到Au1Ag單原子合金上。最后，*CH3偶聯(lián)在Au1Ag單原子合金的Ag原子上有效發(fā)生。 在POCM過(guò)程中，Au1Ag單原子合金可以利用雙金屬活性位點(diǎn)的協(xié)同作用，有效降低甲烷C-H活化能壘，同時(shí)又促進(jìn)解離中間產(chǎn)物*CH3的遷移和偶聯(lián)。這種雙金屬協(xié)同策略為低碳有機(jī)物的光催化高效轉(zhuǎn)化提供了一種新的思路。 論文信息 Photocatalytic Oxidative Coupling of Methane over Au1Ag Single-atom Alloy Modified ZnO with Oxygen and Water Vapor: Synergy of Gold and Silver Yuxiong Wang, Guang Hong, Yaoyu Zhang, Yue Liu*, Wanglai Cen*, Lianzhou Wang*, Zhongbiao Wu* 文章第一作者為浙江大學(xué)博士生王愉雄 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202310525
