Photocatalytic Coupling of CH4 and CO2 to Ethanol on Asymmetric Ce−O−Zn Sites

光催化 材料科学 一氧化碳 吸附 氧气 氧化铈 甲烷 无机化学 二氧化碳 乙醇 光化学 氧化还原 氧化物 催化作用 化学 有机化学 冶金
作者
Shuya Hao,Yangshen Chen,Peng Chen,Huining Wang,Qianyou Wen,Cejun Hu,Lijuan Zhang,Qing Han,Gengfeng Zheng
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (17) 被引量:30
标识
DOI:10.1002/adfm.202314118
摘要

Abstract Partial oxidation of methane (CH 4 ) to value‐added products is significantly challenging due to the highly inert chemical property of CH 4 at ambient conditions and easy over‐oxidation into carbon dioxide (CO 2 ) or carbon monoxide (CO) at elevated temperatures and pressures. Targeting this challenge, the efficient photocatalytic coupling of CO 2 and CH 4 into ethanol is demonstrated, using a cerium (Ce)‐doped zinc oxide (ZnO) photocatalyst with abundant Ce─O─Zn units. Under light illumination, CO 2 is adsorbed on the Ce atoms and photo‐reduced to CO, and CH 4 is captured by the Zn atoms and photo‐oxidized to hydroperoxymethane (CH 3 OOH). The close proximity of Ce and Zn atoms on the Ce─O─Zn units allowed to further efficiently couple the as‐formed CO and CH 3 OOH into ethanol. Without additional Oxygen (O 2 ) oxidant or sacrificial regent, the ethanol production rate reached 580 µmol g −1 h −1 , substantially exceeding previously reports on photocatalytic CH 4 oxidation. This work features to convert two greenhouse gases into value‐added chemicals with adjacent and asymmetric reaction sites, suggesting attractive potentials for CH 4 and CO 2 utilization.
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