Rutile TiO2-Supported Pt Nanoparticle Catalysts for the Low-Temperature Oxidation of Ethane to Ethanol

化学 金红石 催化作用 纳米颗粒 乙醇 化学工程 无机化学 核化学 有机化学 工程类
作者
Akira Oda,Yuya Kimura,Koyo Ichino,Yuta Yamamoto,Jun Kumagai,Gunik Lee,Kyoichi Sawabe,Atsushi Satsuma
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (29): 20122-20132 被引量:6
标识
DOI:10.1021/jacs.4c04381
摘要

Structure-function relationships of supported metal nanoparticle catalysts in the CO-assisted oxidation of ethane to ethanol were investigated. A rutile TiO2-supported Pt nanoparticle catalyst exhibited the highest ethanol production rate and selectivity. During the reaction, sequential changes in the geometric/electronic states and the particle size of the Pt nanoparticles were observed. The comparison of the catalytic performances of model catalysts with controlled metal-support interactions revealed that Pt0 nanoparticles of 2-3 nm with a high fraction of the surface Ptδ+ species are highly active for the oxidation of ethane to ethanol. The coadded CO plays a pivotal role not only in tuning the oxidation state of the surface Pt but also in producing H2O2, which is the true oxidant for the reaction. The supported Pt nanoparticle uses in situ-generated H2O2 to activate ethane, where the C2H5OOH intermediate is formed through a nonradical mechanism and subsequently converted to C2H5OH. This reaction occurs even at 50 °C with an apparent activation energy of 32 kJ mol-1. The present study sheds light on the usefulness of surface-engineered Pt nanoparticles for the low-temperature oxidation of ethane to ethanol.

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