Efficient and Selective Hydroxyl-Mediated Photocatalytic Ethane Oxidation to Acetic Acid

化学 醋酸 光催化 选择性 水溶液 二氧化钛 催化作用 烷烃 光化学 氧合物 无机化学 有机化学 原材料 纳米颗粒 反应机理 氧气
作者
Siyuan Yang,Guangyao Zhai,Junchi Xu,Jun Xu,Jun Ma,Shenghe Si,Xu Zhang,Chengyuan Liu,Yang Pan,Dong Liu,Yujie Xiong,Bin Liu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (10): 10967-10979 被引量:1
标识
DOI:10.1021/jacs.5c21702
摘要

Ethane offers a promising feedstock for sustainable acetic acid production. However, the chemical inertness of ethane and the multiple ethane oxidation steps greatly restrict the acetic acid productivity and selectivity. In this work, we report a photocatalytic strategy that promotes the generation of •OH to accelerate C(sp3)–H bond activation while steering sequential ethane oxidation to produce acetic acid. Our approach leverages spatially decoupled photoredox sites by integrating Pd nanoparticles onto titanium dioxide nanocrystals with mainly exposed {001} facets, enabling synergistic activation of molecular oxygen and water for enhanced •OH generation under mild conditions. This photocatalytic system achieves an acetic acid productivity of ∼5.65 mmol gphotocatalyst–1 h–1, producing an aqueous acetic acid solution of ∼40 mM in 102 h under light illumination with close to 100% acetic acid selectivity in liquid phase products. Our findings establish an efficient approach for selective alkane valorization to synthesize value-added chemicals at ambient temperature.
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