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

甲烷 甲醇 催化作用 氧化物 选择性 合金 X射线光电子能谱 离解(化学) 化学 化学工程 反应性(心理学) 材料科学 无机化学 有机化学 替代医学 病理 工程类 医学
作者
Estefanía Fernández,Pedro J. Ramírez,Pablo G. Lustemberg,Rúben Pérez,M. V. Ganduglia-Pirovano,José A. Rodríguez
出处
期刊:
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DOI:10.26434/chemrxiv-2025-fcwcx
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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