Tiny Mooₓ Clusters op Tio₂ nanosheets Boost selectiviteit in fotokatalytische methaanoxidatie

Onderzoekers van de Innovation Academy for Precision Measurement Science and Technology (APM) van de Chinese Academie van Wetenschappen hebben ontdekt dat verankering van subnanometrische Moo verankert_X Clusters op TIO₂ Nanosheets kunnen de vorming van CO effectief onderdrukken₂ Tijdens methaanoxidatie verbetert u de selectiviteit voor geoxygeneerde organische producten aanzienlijk.

Deze ontdekking werpt licht op de activiteit en het mechanisme van fotokatalytische selectieve oxidatie van methaan. Het onderzoek is gepubliceerd in Natuurcommunicatie.

Methaan (ch₄), overvloedige maar chemisch inert, biedt uitdagingen voor directe conversie in hoogwaardige producten zoals methanol en formaldehyde. Traditionele thermokatalytische methoden vereisen barre omstandigheden en hebben vaak last van een lage selectiviteit, wat leidt tot over-oxidatie.

Fotokatalyse, aangedreven door zonne -energie, biedt een groener alternatief, maar het verbeteren van zowel activiteit als selectiviteit blijft moeilijk.

Terwijl nobele metalen cocatalysatoren zoals goud de prestaties verbeteren, beperkt hun hoge kosten de praktische toepassing. Vandaar dat niet-nobele metaalpromotors zoals nikkel en kobalt rente hebben gewekt, maar het evenwicht tussen conversie en selectiviteit blijft ongrijpbaar.

In deze studie ontwikkelden de onderzoekers een TIO₂-Gebaseerde fotokatalysator versierd met ultrasme (0,6 nm) Moo_X Clusters. Ze bereikten een efficiënte fotokatalytische oxidatiereactie van methaan.

De katalysator met een 0,5% MOO_X Laden vertoonde de optimale katalytische activiteit, het bereiken van een organische oxygenaatopbrengst van 3,8 mmol/g binnen twee uur, waarbij selectiviteit bijna 100%naderde. Het vertoonde een schijnbare kwantumopbrengst van 13,3% bij 365 nm en handhaafde een stabiele hoge selectiviteit (> 95%) gedurende 1.800 minuten continue reactie, wat een uitstekende duurzaamheid vertoonde.

In situ elektronen paramagnetische resonantie (EPR) en nucleaire magnetische resonantie (NMR) analyses onthulden dat MOO_X Clusters activeren o₂ Om oppervlakte-actieve soorten te vormen (mo-oo en mo-ooh), die de activering van de koolstofhydrogene bindingen van methaan vergemakkelijken om reactietussenproducten te vormen (mo-ch₂). Dit remt effectief de vorming van hydroxylradicalen (• OH) en superoxide -radicalen (O₂•-), waardoor de over-oxidatie van producten wordt verminderd.

Bovendien verminderen fotogenereerde elektronen MO -soorten die, in aanwezigheid van water, formaldehyde desorptie van het katalysatoroppervlak vergemakkelijken, waardoor verdere oxidatie wordt voorkomen.

Deze studie biedt nieuwe inzichten voor het ontwerpen van efficiënte niet-nobele metaalkatalysatoren, het bevorderen van de praktische toepassing van methaanconversietechnologie.