Electrothermal Conversion of Methane to Methanol at Room Temperature with Phosphotungstic Acid

磷钨酸 甲醇 甲烷 化学 环境化学 环境科学 废物管理 有机化学 催化作用 工程类
作者
Jinquan Chang,Sikai Wang,Max J. Hülsey,Sheng Zhang,Shi Nee Lou,Xinbin Ma,Ning Yan
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
被引量:1
标识
DOI:10.1002/anie.202417251
摘要

Abstract Traditional methods for the aerobic oxidation of methane to methanol frequently require the use of noble metal catalysts or flammable H 2 ‐O 2 mixtures. While electrochemical methods enhance safety and may avoid the use of noble metals, these processes suffer from low yields due to limited current density and/or low selectivity. Here, we design an electrothermal process to conduct aerobic oxidation of methane to methanol at room temperature using phosphotungstic acid (PTA) as a redox mediator. When electrochemically reduced, PTA activates methane with O 2 to produce methanol selectively. The optimum productivity reaches 29.45 with approximately 20.3 % overall electron yield. Under continuous operation, we achieved 19.90 catalytic activity, over 74.3 % methanol selectivity, and 10 hours durability. This approach leverages reduced PTA to initiate thermal catalysis in solution phase, addressing slow methane oxidation kinetics and preventing overoxidations on electrode surfaces. The current density towards methanol production increased over 40 times compared with direct electrochemical processes. The in situ generated hydroxyl radical, from the reaction of reduced PTA and oxygen, plays an important role in the methane conversion. This study demonstrates reduced polyoxotungstate as a viable platform to integrate thermo‐ and electrochemical methane oxidation at ambient conditions.
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