Gadolinium-Mediated Oxygen Affinity Induced Efficient Covalorization of CH4 and N2O in an Ir–Gd2O3 Single-Atom Catalyst

化学 催化作用 氧原子 氧气 Atom(片上系统) 热原子 物理化学 无机化学 结晶学 分子 有机化学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Yunshuo Wu,Haiqiang Wang,Feng‐Shou Xiao,Zhongbiao Wu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (29): 25787-25798 被引量:5
标识
DOI:10.1021/jacs.5c07233
摘要

Valorization of nitrous oxide (N2O) and methane (CH4) for chemicals has garnered growing interest for mitigating their climate impact. Dry reforming of methane (DRM) with industrial N2O exhaust offers a promising route. However, the DRM reaction often requires rigorous temperatures (>650 °C) accompanied by overoxidation, hindering CO and H2 formation due to weak oxygen binding on catalysts. Here, we report a Gd2O3-supported iridium single-atom catalyst (SAC), with an effective Ir1-Gd2O3 synergy. At only 450 °C, it exhibits high N2O (99.3%) and CH4 (48.2%) conversion and syngas yields (138.3 mol of CO kgcat-1 h-1 and 184.9 mol of H2 kgcat-1 h-1) and a H2/CO ratio of 1.34, over 100 h. Mechanism studies revealed that Gd2O3 enabled controlled oxygen release for CO production, while Ir single atoms facilitated CH4 activation and H2 formation. This work presents a low-temperature, sustainable strategy for greenhouse gas utilization and highlights the potential of Gd2O3-based single-atom catalysts in heterogeneous catalysis.
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