Nitrogen Vacancy-Rich C3Nx-Confined Fe–Cu Diatomic Catalysts for the Direct Selective Oxidation of Methane at Low Temperature

催化作用 双原子分子 甲烷 空位缺陷 甲烷厌氧氧化 氮气 无机化学 化学 氮氧化物 材料科学 结晶学 废物管理 生物化学 有机化学 分子 工程类
作者
Wencui Li,Zhi Li,Hengfang Shen,Jiaxin Cai,Hongyu Jing,Shigang Xin,Zengwen Cao,Zean Xie,Dong Li,Hang Zhang,Zhen Zhao
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (14): 10689-10700 被引量:37
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c01328
摘要

The catalytic conversion of methane to high-value-added products is a crucial process, but achieving both high activity and high selectivity poses a significant challenge. Here, we present a nitrogen vacancy-rich C 3 N x -confined heteronuclear diatomic Fe and Cu center (Fe 1 /Cu 1 –C 3 N x ) catalyst that demonstrates high activity. The catalyst shows a C1 oxygenate productivity of 9.43 mol g Fe+Cu –1 h –1 at 80 °C and almost 100% selectivity, with a highly impressive turnover frequency of 543.09 h –1 in generating oxygenates. Detailed experimental characterizations and density functional theory (DFT) calculations reveal that the heteronuclear diatomic Fe 1 /Cu 1 –C 3 N x catalyst has the charge redistribution to provide more charge to H 2 O 2 and to form stronger metal–oxygen interactions to significantly promote H 2 O 2 activation. Meanwhile, the generated Cu–O–Fe active species have moderate methane activation properties, resulting in a good overall reaction performance for the direct selective oxidation of methane at low temperatures.
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