Oxo dicopper anchored on carbon nitride for selective oxidation of methane

催化作用 甲烷 化学 氮化物 氮化碳 光催化 碳纤维 材料科学 纳米技术 化学工程 有机化学 生物化学 复合数 工程类 复合材料 图层(电子)
作者
Pengfei Xie,Jing Ding,Zihao Yao,Tiancheng Pu,Peng Zhang,Zhennan Huang,Canhui Wang,Junlei Zhang,Noah Zecher-Freeman,Han Zong,Dashui Yuan,Shengwei Deng,Reza Shahbazian‐Yassar,Chao Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1): 1375-1375 被引量:247
标识
DOI:10.1038/s41467-022-28987-1
摘要

Abstract Selective conversion of methane (CH 4 ) into value-added chemicals represents a grand challenge for the efficient utilization of rising hydrocarbon sources. We report here dimeric copper centers supported on graphitic carbon nitride (denoted as Cu 2 @C 3 N 4 ) as advanced catalysts for CH 4 partial oxidation. The copper-dimer catalysts demonstrate high selectivity for partial oxidation of methane under both thermo- and photocatalytic reaction conditions, with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and oxygen (O 2 ) being used as the oxidizer, respectively. In particular, the photocatalytic oxidation of CH 4 with O 2 achieves >10% conversion, and >98% selectivity toward methyl oxygenates and a mass-specific activity of 1399.3 mmol g Cu −1 h −1 . Mechanistic studies reveal that the high reactivity of Cu 2 @C 3 N 4 can be ascribed to symphonic mechanisms among the bridging oxygen, the two copper sites and the semiconducting C 3 N 4 substrate, which do not only facilitate the heterolytic scission of C-H bond, but also promotes H 2 O 2 and O 2 activation in thermo- and photocatalysis, respectively.
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