Noble Metal-Free FeOOH/Li0.1WO3 Core–Shell Nanorods for Selective Oxidation of Methane to Methanol with Visible–NIR Light

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作者
Yi Zeng,Xin Luo,Feng Li,Anhua Huang,Hongmei Wu,Guo Qin Xu,Song Ling Wang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:55 (11): 7711-7720 被引量:49
标识
DOI:10.1021/acs.est.1c01152
摘要

Hydroxyl radicals (OH) generated in the photocatalytic process are crucial to the conversion of methane (CH4) to value-added methanol (CH3OH) at room temperature. However, utilizing noble metal-free catalysts and low-energy photons of solar light, such as visible and near-infrared light (vis-NIR), is difficult to provide more electron states to form OH radicals. Here, we developed FeOOH/Li0.1WO3 core-shell nanorods via a two-step in/out co-modification of hexagonal tungsten oxide (h-WO3): (1) lithium ions intercalating into the hexagonal tunnels of h-WO3 to form Li0.1WO3 nanorods and (2) using FeOOH-wrapped Li0.1WO3 to obtain FeOOH/Li0.1WO3 core-shell nanorods. Introduction of lithium induces polaron transition in Li0.1WO3, enabling the absorption of vis-NIR light. Interestingly, FeOOH-based Fenton-like reaction when H2O2 is selected as an oxidant favors the generation of more OH radicals available for CH4 oxidation to CH3OH. Meanwhile, FeOOH with FeIII as an "electron sink" highly improves the separation of photoinduced electrons and holes in Li0.1WO3. Eventually, efficient selective formation of CH4OH is achieved with remarkable generation rates up to ∼342 and ∼160 μmol g-1 at visible light (420-700 nm) and NIR light (≥800 nm), respectively. Our finding opens up new possibilities for developing noble metal-free catalysts for solar energy-driven CH4 conversion to CH3OH under ambient conditions.
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