Stable Photocatalytic Coupling of Methane to Ethane with Water Vapor Using TiO2 Supported Ultralow Loading AuPd Nanoparticles

Jun Xie Yuheng Jiang Siyang Li Peng Xu Qiang Zheng Xiaoyu Fan Hailin Peng Zhiyong Tang

Citation:  Jun Xie, Yuheng Jiang, Siyang Li, Peng Xu, Qiang Zheng, Xiaoyu Fan, Hailin Peng, Zhiyong Tang. Stable Photocatalytic Coupling of Methane to Ethane with Water Vapor Using TiO2 Supported Ultralow Loading AuPd Nanoparticles[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2023, 39(10): 230603. doi: 10.3866/PKU.WHXB202306037 shu

TiO2负载超低含量AuPd纳米颗粒在水蒸气条件下实现稳定的光催化甲烷偶联生成乙烷

    通讯作者: 范晓宇, fanxy2022@nanoctr.cn
    唐智勇, zytang@nanoctr.cn
  • 基金项目:

    中国科学院战略性先导科技专项 XDB36000000

    国家重点基础研究计划 2021YFA1200302

    国家自然科学基金 92056204

    国家自然科学基金 21890381

    国家自然科学基金 21721002

摘要: 选择性转化甲烷为C2烃类是一种高效利用天然气并减少对传统化石燃料依赖的方法。与高温高压的热催化途径不同,光催化方法可以在温和条件下实现甲烷活化和选择性转化,是一种非常具有前景的可持续途径。然而,使用廉价光催化剂在流动条件下实现高效C2化合物的生成仍然是一个巨大挑战。本文通过简单的化学还原法合成了一种具有超低负载量的AuPd合金纳米颗粒负载的TiO2光催化剂(Au0.05-Pd0.05/TiO2),用于光催化甲烷转化。在流动反应条件下,含水蒸气的甲烷可以高效转化为包括乙烷和乙烯在内的C2化合物,C2产率高达10092 μmol∙g−1∙h−1,选择性为77%。更重要的是,在反应持续32 h后,催化活性没有显著降低。Au0.05-Pd0.05/TiO2的光催化甲烷转化的活性和稳定性超过了迄今为止报道的结果。Au0.05-Pd0.05/TiO2良好的催化活性可以归因于金和钯的协同效应,不仅促进了光生载流子的分离而且有利于∙CH3的C-C键耦合进而产生C2化合物。同时,引入水蒸气有助于及时补充在甲烷活化过程中消耗的晶格氧,从而保持催化剂的稳定性。这项工作有望为设计甲烷到C2化合物的可持续光催化转化途径提供一个典范。

English

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  • 发布日期:  2023-10-15
  • 收稿日期:  2023-06-26
  • 接受日期:  2023-07-21
  • 修回日期:  2023-07-19
  • 网络出版日期:  2023-08-02
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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