Ag‐ZnO Nanoflowers Enable Highly Selective Photocatalytic Conversion of CH4 to CH3OH at Atmospheric Pressure: Unraveling Reactive Interfaces and Intermediate Control

选择性 大气压力 光催化 离解(化学) 氧气 光化学 吸附 激进的 材料科学 化学工程 催化作用 化学 物理化学 有机化学 海洋学 地质学 工程类
作者
Boshi Zheng,Yi Wan,Qi Hua,Wenbin Wang,Shuai Wang,Zhengchao Wang,Yajun Zhang,Shuxu Zhu,Haonan Zhang,Minjun Zhou,Mingbo Wu,Wenting Wu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (18): e2501237-e2501237 被引量:3
标识
DOI:10.1002/smll.202501237
摘要

Abstract At atmospheric pressure, the main challenge in the photocatalytic oxidation of CH 4 to CH 3 OH is to absorb and activate the inert C─H bond while preventing excessive oxidation of CH 3 OH. In this study, metal‐supported ZnO nanoflowers (Ag‐ZnO) are designed to produce abundant active interfacial oxygen sites for CH 4 oxidation at atmospheric pressure, with a CH 3 OH yield reaching 1300 µmol g cat −1 h −1 and the selectivity is 94%. DFT calculation and in situ analysis show that the addition of Ag regulates the electron state density and band center of O, which is beneficial to the adsorption of CH 4 , and decreases the dissociation energy barrier of C─H bond at O L (Lattice oxygen) site. The further selective conversion of ·CH 3 to CH 3 OH involves two different pathways: one pathway consists of the oxidation of ·CH 3 by O L , and the other pathway is the combination of ·CH 3 and ·OH generated from dissolved O 2 (0.28 m m ) in water. Notably, in the photochemical flow device, the yield of CH 3 OH is increased to 5200 µmol g cat −1 h −1 and the selectivity is close to 100%. This work offers valuable insights into reactive interfaces, morphological engineering, and the control of intermediate evolution toward selective conversion of CH 4 to oxygenates at atmospheric pressure.
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