Nitrogen-Doped Titanium Dioxide for Selective Photocatalytic Oxidation of Methane to Oxygenates

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作者
Guanghui Feng,Jianing Mao,Tong Sun,Guihua Li,Shoujie Li,Xiao Dong,Yanfang Song,Wei Wei,Wei Chen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (4): 4600-4605 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsami.3c15614
摘要

Photocatalytic conversion of methane (CH4) to value-added chemicals using H2O as the oxidant under mild conditions is a desired sustainable pathway for synthesizing commodity chemicals. However, controlling product selectivity while maintaining high product yields is greatly challenging. Herein, we develop a highly efficient strategy, based on the precise control of the types of nitrogen dopants, and the design of photocatalysts, to achieve high selectivity and productivity of oxygenates via CH4 photocatalytic conversion. The primary product (methanol) is obtained in a high yield of 159.8 μmol·g-1·h-1 and 47.7% selectivity, and the selectivity of oxygenate compounds reached 92.5%. The unique hollow porous structure and substituted nitrogen sites of nitrogen-doped TiO2 synergistically promote its photo-oxidation performance. Furthermore, in situ attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy provides direct evidence of the key intermediates and their evolution for producing methanol and multicarbon oxygenates. This study provides insights into the mechanism of photocatalytic CH4 conversion.
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