Surface Oxygen Dynamics Govern Photocatalytic Glycolaldehyde Synthesis from Ethylene on SnO2

催化作用 光催化 乙烯 乙醇醛 光化学 化学 氧气 化学工程 材料科学 多相催化 烯烃纤维 无机化学 异构化 吸附 分解 单线态氧
作者
Vladislav Butenko,Pardis Simon,Martine Trentesaux,Élise Berrier,Maya Marinova,Marc Bria,Andrew G. M. Rankin,Karima Ben Tayeb,Wenjuan Zhou,Jérémie Zaffran,Vitaly V. Ordomsky
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:16 (14): 13186-13199
标识
DOI:10.1021/acscatal.6c01948
摘要

Abstract Glycolaldehyde (GA) is an important C2 oxygenate and a versatile building block for the synthesis of pharmaceuticals, polymers, and fine chemicals. However, conventional GA production routes, including biomass pyrolysis and catalytic transformations, typically suffer from low selectivity, harsh reaction conditions, and limited scalability. Here, we demonstrate a photocatalytic route to GA from ethylene, driven by lattice oxygen exchange over SnO2 under oxidative aqueous conditions. This strategy achieves a GA yield of 4017 μmol·g−1 with 75% liquid-phase selectivity at ambient temperature and moderate pressure. We investigated the reaction mechanism by density functional theory (DFT) calculation, in synergy with experimental analysis. The formation of C2 oxygenates proceeds through a radical-mediated oxidation mechanism involving •OH and lattice oxygen. During the reaction, product desorption generates oxygen vacancies that are efficiently replenished under light irradiation through catalyst regeneration by molecular oxygen. These findings highlight the role of mobile lattice oxygen in steering selective photocatalytic oxidation and provide insights for the design of catalysts for selective alkene oxidation and oxygenate synthesis.
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