Selective photocatalytic oxidation of methane to C1 oxygenates by regulating sizes and facets over Au/ZnO

光催化 氧合物 甲烷 氧气 甲烷厌氧氧化 光化学 选择性 材料科学 激进的 化学 化学工程 催化作用 有机化学 工程类
作者
Qiang Zhou,Xinyu Wang,Xiaojie Tan,Qinhua Zhang,Hao Yang,Tao Xing,Mingqing Wang,Mingbo Wu,Wenting Wu
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:17 (5): 3810-3818 被引量:40
标识
DOI:10.1007/s12274-023-6323-5
摘要

Photocatalytic oxidation of methane to value-added chemicals is a promising process under mild conditions, nevertheless confronting great challenges in efficiently activating C–H bonds and inhibiting over-oxidation. Herein, we propose a comprehensive strategy for the selective generation of reactive oxygen species (ROS) by regulating the sizes and facets of Au nanoparticles loaded on ZnO. For photocatalytic methane oxidation at ambient temperature, a high oxygenates yield of 36.4 mmol·g−1·h−1 with a nearly 100% selectivity has been achieved over the optimized 1.0% Au/ZnO-9.6 (1% Au with (111) facet and 9.6 nm size on ZnO) photocatalyst, exceeding most reported literatures. Mechanism investigations reveal that 1.0% Au/ZnO-9.6 with the medium size and Au (111) facet guarantees the favourable formation of superoxide radicals (·OOH) through mild oxygen reduction, ultimately leading to excellent photocatalytic methane oxidation performance. This work provides some guidance for the delicate design of photocatalysts for efficient photocatalytic methane oxidation and oxygen utilization.
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