Photocatalytic Flow Synthesis of Acetone from Methane Carbonylation Using Customized Flow Patterns

化学 光催化 丙酮 羰基化 甲烷 选择性 流量(数学) 化学工程 流动化学 工作(物理) 连续流动 光化学 无机化学 工作流程 流动条件 有机化学 催化作用
作者
Wenqing Zhang,Yuhong Cai,Yu Cui,Xiaomin Ji,A Y Chen,Cong Guo,Xiaoyan Du,Yihong Chen,X Wang,Tingting Kong,Yujie Xiong
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (19): 19883-19894 被引量:1
标识
DOI:10.1021/jacs.6c02495
摘要

Although the direct synthesis of acetone via photocatalytic methane carbonylation is a sustainable process, achieving high yields and selectivity remains challenging. Here, we present a microchannel flow reactor screened using machine learning, which uses Au–NiO heterostructure-decorated ZnO catalysts with interfacial regulation to enable highly selective and active photocatalytic methane carbonylation, producing acetone. Spectroscopic characterization and theoretical simulations show that the acetyl intermediate is generated at the Au–NiO interface and evolves into acetone under moderate CH 4 /CO coverage. The mass transfer of CH 4 /CO to the catalyst surface is enhanced using custom-made micropillar channels via an increased gas–liquid interfacial area, forming a continuous thin liquid film. Consequently, the optimized catalyst with abundant Au–NiO interfaces achieves an acetone production rate of 50.9 μmol h –1 with a selectivity of 87.6% in a customized photocatalytic flow reactor. This work provides new insights into combining atomic engineering and multiphase flow regulation for photocatalysis.
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