Engineering PdAu/CeO₂ Alloy/Oxide Interfaces for Selective Methane-to-Methanol Conversion with Water.

甲烷 合金 甲醇 材料科学 氧化物 化学工程 化学 冶金 有机化学 工程类
作者
Estefanía Fernández,Pedro J. Ramírez,Pablo G. Lustemberg,Rúben Pérez,M. V. Ganduglia-Pirovano,José A. Rodríguez
出处
期刊:PubMed [National Institutes of Health]
卷期号:: e202505716-e202505716
标识
DOI:10.1002/anie.202505716
摘要

The direct conversion of methane-to-methanol remains a critical challenge in methane valorization. In this study, we unveil the crucial role of PdAu/CeO2 catalysts in enabling selective methane transformation under mild conditions, using only water as the sole oxidant. Through a combination of experimental techniques, including XPS and catalytic testing, alongside density functional theory (DFT) calculations, we demonstrate that a Pd0.3Au0.7/CeO2 catalyst, which predominantly exposes isolated Pd atoms, achieves remarkable methanol selectivity (∼80%) at 500 K with a 1:1 methane-to-water ratio. While Pd/CeO2 efficiently activates methane, its tendency for overreaction leads to complete methanol decomposition, thereby limiting selectivity. Alloying Pd with Au on ceria mitigates this over-reactivity, preventing methanol degradation while maintaining sufficient catalytic activity. The PdAu/CeO₂ composite exhibits a synergistic effect: Pd in contact with the ceria support facilitates methane activation and water dissociation, while Au fine-tunes reactivity to promote methanol formation. DFT calculations confirm that isolated Pd sites at the PdAu/CeO2 interface play a key role in balancing activity and selectivity. This work underscores the importance of alloy/oxide interfaces in controlling selective methane conversion with water and offers valuable insights for designing highly efficient catalysts for methanol synthesis.
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