Au Nanoparticles Loaded ZnGaAl‐Layered Double Hydroxides for Efficient Photocatalytic Methane Oxidative Coupling

材料科学 层状双氢氧化物 光催化 甲烷氧化偶联 纳米颗粒 甲烷 化学工程 联轴节(管道) 纳米技术 催化作用 氢氧化物 复合材料 有机化学 工程类 化学
作者
Xiaoliang Sun,Tianrui Yu,Ziheng Song,Zhaohui Wu,Sai An,Yu‐Fei Song
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (5) 被引量:11
标识
DOI:10.1002/adfm.202511731
摘要

Abstract Photocatalytic oxidative coupling of CH 4 (OCM) is a promising CH 4 conversion process with the assistance of O 2 . Herein, the Au nanoparticles (10 nm) are loaded onto ZnGaAl‐layered double hydroxides (ZnGaAl‐LDH) via calcination‐reconstruction method followed by NaBH 4 reduction. The resultant Au/ZnGaAl achieved a CH 4 conversion rate of 47.1 mmol g −1 h −1 and an C 2 H 6 selectivity of 80%, which is five times higher than that of Au/ZnAl. Note that the Au/ZnGaAl exhibited the best catalytic activity for low‐temperature methane oxidative coupling (OCM) to date. Detailed experiments revealed that the incorporation of Ga promoted electron transfer from Zn to O, which increased the electron density around the oxygen vacancy (O V ), thereby enhancing O 2 activation capacity. Subsequently, the Au nanoparticles stabilized CH 3 • radicals and promoted their coupling to form C 2 H 6 . Density functional theory (DFT) calculations showed that the introduction of Ga shifted the d‐band centers of Zn and Au in Au/ZnGaAl closer to the Fermi level, optimizing the electronic structure of Au/ZnGaAl and enhancing the coupling activity of CH 3 • radicals on the Au nanoparticle. This work bridges the gap in improving the activity and stability of Zn‐based LDHs as low‐temperature OCM catalysts.
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