Oxygen-vacancy-mediated catalytic methanation of lignocellulose at temperatures below 200°C

甲烷化 催化作用 氧气 空位缺陷 材料科学 化学 化学工程 有机化学 结晶学 工程类
作者
Hongru Zhou,Min Wang,Feng Wang
出处
期刊:Joule [Elsevier BV]
卷期号:5 (11): 3031-3044 被引量:42
标识
DOI:10.1016/j.joule.2021.07.001
摘要

Summary

Biomethane is a clean energy and a key platform chemical for modern chemical industries. The conversion of biomass, especially the most abundant lignocellulose, into biomethane is challenging and shows low selectivity either in chemical or biological processes. Herein, we report the direct methanation of biomass at temperatures below 200°C with >95% selectivity using interfacial oxygen-vacancy (VO)-mediated catalysis over Ru/TiO2. The biomass feedstock is oxidized by TiO2 to form CO2 and VO, and CO2 is then in situ reduced on Ru sites to CH4, restoring the oxygen to VO simultaneously. Various biomass resources were converted into methane with 82%–99% yields. Even lowering the temperature to 120°C, about 0.24 mmol g−1 h−1 of CH4 with >99% selectivity was steadily produced from 50 wt % aqueous glycerol for 432 h. In situ X-ray photoelectron spectroscopy, infrared spectrometry, and DFT calculation confirm the VO-mediated catalysis process over Ru/TiO2.

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