Pd Nanoparticles Versus Single Atoms on CuTi‐LDH: Reversing Photoinduced Charge Transfer to Switch Radical Generation Pathway for Selective Methane Photooxidation

激进的 催化作用 光化学 甲烷 产量(工程) 化学 选择性 光催化 纳米颗粒 金属 电子转移 反应中间体 氢氧化物 X射线吸收精细结构 甲烷厌氧氧化 材料科学 过渡金属 甲烷单加氧酶 无机化学 多相催化
作者
Yuhao Zheng,Ziheng Song,Zhaohui Wu,Siyu Hu,Shengran Chen,Zhuojun Han,Bo Qi,Carsten Streb,Yu‐Fei Song
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e6309493-e6309493
标识
DOI:10.1002/anie.6309493
摘要

ABSTRACT Photocatalytic methane conversion to liquid products offers a promising route for the efficient utilization of methane while enabling the generation of value‐added chemicals. However, the inherent complexity and uncontrollable nature of the reaction pathways make it extremely challenging to simultaneously achieve high C 1 product yield with high selectivity. In this study, we report a Pd nanoparticle‐supported CuTi layered double hydroxide (LDH) catalyst (Pd NPs ‐CuTi‐LDH), which achieves a high C 1 liquid‐oxygenates yield of 7220.7 µmol g −1 h −1 , exceeding that of Pd single atoms‐supported CuTi‐LDH (Pd 1 ‐CuTi‐LDH) by threefold, while maintaining an outstanding selectivity of 99.7%. Mechanistic investigations reveal the amounts of ·OH and ·OOH radicals as the key determinant of catalytic performance. Interestingly, in situ XAFS analyses indicate that Pd size modulation induces a spatial separation of photogenerated electrons and holes under light irradiation, directing them toward different metal species. Further radical kinetic evaluations demonstrate the distinct charge‐transfer behavior results in ·OH radicals mainly originating from H 2 O on Pd NPs ‐CuTi‐LDH, whereas they predominantly arise from O 2 on Pd 1 ‐CuTi‐LDH. Consistently, theoretical calculations reveal the Pd NPs ‐CuTi‐LDH possesses lower formation energies for both ·OH (Δ E = −0.86 eV) and ·OOH (Δ E = −0.27 eV), thereby promoting more efficient methane conversion.
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