Team modulerer elektronisk tilstand af enkeltatom-katalysatorer ved CO-molekylær dekoration for effektiv metankonvertering

Direkte metankonvertering har fordele som lavt energiforbrug, færre processer og bedre økonomi. Det er dog vanskeligt at aktivere metan ved stuetemperatur på grund af den høje dissociationsenergi af CH-bindinger af metan. Derudover er målprodukterne, såsom methanol, eddikesyre og andre oxygenater, tilbøjelige til overoxidation, hvilket resulterer i dannelsen af ​​CO₂ . Derfor er designet af katalysatorer med høj aktivitet og selektivitet vigtigt.

I en undersøgelse offentliggjort i Angewandte Chemie International Edition , en gruppe ledet af Prof. Zhang Tao, Prof. Wang Xiaodong og Assoc. Prof. Huang Chuande fra Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) ved det kinesiske videnskabsakademi (CAS), der samarbejder med prof. Chang Chunrans gruppe fra Xi'an Jiaotong University, har indset den effektive direkte omdannelse af metan gennem et enkelt atom katalyse ved stuetemperatur.

Forskerne foreslog en strategi, der involverer CO-molekylemodifikation for at regulere den elektroniske struktur af enkeltatom-katalysator M₁ -ZSM-5 (M =Rh, Ru, Fe), hvilket øger effektiviteten af ​​direkte methanomdannelse. De indså at katalysere metankonvertering med H₂ O₂ som et oxidationsmiddel ved stuetemperatur (25 °C). Omsætningsfrekvensen (TOF) for Pd₁ -ZSM-5 nåede 207 h ^-1 med næsten 100 % selektivitet over for oxygenater.

Ved at kombinere eksperimentel karakterisering med density functional theory (DFT) beregninger opdagede forskerne, at C-atomet i CO-molekylet har en tendens til at koordinere med Pd₁ enkelt atom, der overfører elektroner fra CO til det aktive iltcenter L-Pd₁ -O (L =CO), hvilket resulterer i en reduktion af dissociationsbarrieren for CH-bindinger af metan fra 1,27 eV til 0,48 eV.

Desuden udviste denne strategi god universalitet som TOF for M₁ -ZSM-5 (M =Rh, Ru, Fe) katalysatorer kunne øges med 3,2 til 11,3 gange gennem CO-molekylemodifikation.

"Vi har udviklet den elektronisk afstembare molekylsigte-understøttede M₁ -O isolerede aktive centre, der giver en ny metode til at opnå selektiv methanomdannelse til kemikalier under milde forhold," sagde prof. Wang.

Flere oplysninger: Weibin Xu et al, Metal-Oxo Electronic Tuning via In Situ CO Decoration for Promoting Methan Conversion to Oxygenates over Single-Atom Catalysts, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202315343

Journaloplysninger: Angewandte Chemie International Edition

Leveret af Chinese Academy of Sciences