Metal‐Oxo Electronic Tuning via In Situ CO Decoration for Promoted Methane Conversion to Oxygenates over Single‐Atom Catalysts

氧合物 催化作用 甲烷 原位 金属 Atom(片上系统) 材料科学 光化学 化学 纳米技术 化学工程 无机化学 有机化学 计算机科学 嵌入式系统 工程类
作者
Wenjing Xu,Han-Xuan Liu,Yue Hu,Zhen Wang,Zheng-Qing Huang,Chuande Huang,Jian Lin,Chun‐Ran Chang,Aiqin Wang,Xiaodong Wang,Tao Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202315343
摘要

Direct methane conversion (DMC) to oxygenates at low temperature is of great value but remains challenging due to the high energy barrier for C-H bond activation. Here, we report that in situ decoration of Pd1-ZSM-5 single atom catalyst (SAC) by CO molecules significantly promoted the DMC reaction, giving the highest turnover frequency of 207 h-1 ever reported at room temperature and ~100 % oxygenates selectivity with H2O2 as oxidant. Combined characterizations and DFT calculations illustrate that the C-atom of CO prefers to coordinate with Pd1, which donates electrons to the Pd1-O active center (L-Pd1-O, L=CO) generated by H2O2 oxidation. The correspondingly improved electron density over Pd-O pair renders a favorable heterolytic dissociation of C-H bond with low energy barrier of 0.48 eV. Applying CO decoration strategy to M1-ZSM-5 (M=Pd, Rh, Ru, Fe) enables improvement of oxygenates productivity by 3.2-11.3 times, highlighting the generalizability of this method in tuning metal-oxo electronic structure of SACs for efficient DMC process.
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