Directional Assembly of Radicals to Methanol in CH 4 /H 2 O Plasma Mediated by BN‐Confined Single Iron Atoms

催化作用 激进的 甲醇 甲烷 离解(化学) 化学 光化学 选择性 氮化硼 吸附 无机化学 化学工程 材料科学 物理化学 有机化学 工程类
作者
Xiang Liu,Yongxin Fu,Ruidong Li,Yurong Yin,Jun Hu,Binran Zhao,Chengyi Dai,Xiaoxun Ma,Chunshan Song
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (35): e2504512-e2504512 被引量:1
标识
DOI:10.1002/smll.202504512
摘要

Abstract Directly converting methane into high‐value‐added chemicals presents a significant challenge in catalysis. Nonthermal plasma (NTP) offers an efficient approach for direct methanol synthesis through methane activation. However, theoretical frameworks for designing catalysts under NTP conditions remain underdeveloped. It is quite difficult to control the assembly process of radical species on catalyst surfaces. A boron nitride (BN)‐confined Fe single‐atom catalysts (Fe‐SACs) is synthesized by in situ anchoring in defect sites induced by mechanical ball milling. This catalyst is utilized for NTP‐catalyzed direct methane‐to‐methanol conversion. The results demonstrate that the CH 3 OH yield increases by ≈2.5 times compared to conditions with NTP alone, while selectivity doubles. The experimental results and theoretical calculations indicate that ·OH radicals generated by the dissociation of H 2 O are rapidly adsorbed by Fe‐SACs before annihilation. This process facilitates the stabilization of ·CH 3 species and enhances the kinetics of CH 3 OH assembly along the E‐R reaction pathway. A design criterion is proposed for plasma‐catalyzed radical adsorption intensification‐directed assembly catalysts, offering a novel approach for the directional catalytic conversion of reactants through radical pathways.

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