Iron Oxide Clusters as Electron Donors Under Light Enhance Oxygen Reduction Kinetics at Atomically Dispersed Fe for Photocatalytic CH4 Partial Oxidation

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作者
Yueyuan Xu,Xianfeng Shen,Shuai Guo,Yao Lv,Ke Wang,Yao Shi,Yukun Li,Mi Yan,Peng Zhang,Sheng Dai,Kuan Lu,Pengfei Xie
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (7): e202419075-e202419075 被引量:15
标识
DOI:10.1002/anie.202419075
摘要

Abstract Photocatalytic CH 4 oxidation to CH 3 OH emerges as a promising strategy to sustainably utilize natural gas and mitigate the greenhouse effect. However, there remains a significant challenge for the synthesis of methanol by using O 2 at low temperature. Inspired by the catalytic structure in soluble methane monooxygenase (MMO) and the corresponding reaction mechanism, we prepared a biomimetic photocatalyst with the decoration of Fe 2 O 3 nanoclusters and satellite Fe single atoms immobilized on carbon nitride. The catalyst demonstrates an excellent CH 3 OH productivity of 5.02 mmol ⋅ g cat −1 ⋅ h −1 with CH 3 OH selectivity of 98.5 %. Mechanism studies reveal that the synergy between Fe 2 O 3 nanoclusters and Fe single atoms establishes a dual‐Fe site as MMO for O 2 activation and subsequent CH 4 partial oxidation. Moreover, the light excitation of Fe 2 O 3 nanoclusters with a relative narrow band gap could deliver the electrons and protons to atomic Fe that facilitating the oxygen reduction kinetics for the robust of CH 3 OH synthesis.
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