Photocatalytic ethylene production by oxidative dehydrogenation of ethane with dioxygen on ZnO-supported PdZn intermetallic nanoparticles

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作者
Pu Wang,Xingyu Zhang,Run Shi,Jiaqi Zhao,Geoffrey I. N. Waterhouse,Junwang Tang,Tierui Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:35
标识
DOI:10.1038/s41467-024-45031-6
摘要

Abstract The selective oxidative dehydrogenation of ethane (ODHE) is attracting increasing attention as a method for ethylene production. Typically, thermocatalysts operating at high temperatures are needed for C–H activation in ethane. In this study, we describe a low temperature ( < 140 °C) photocatalytic route for ODHE, using O 2 as the oxidant. A photocatalyst containing PdZn intermetallic nanoparticles supported on ZnO is prepared, affording an ethylene production rate of 46.4 mmol g –1 h –1 with 92.6% ethylene selectivity under 365 nm irradiation. When we employ a simulated shale gas feed, the photocatalytic ODHE system achieves nearly 20% ethane conversion while maintaining an ethylene selectivity of about 87%. The robust interface between the PdZn intermetallic nanoparticles and ZnO support plays a crucial role in ethane activation through a photo-assisted Mars-van Krevelen mechanism, followed by a rapid lattice oxygen replenishment to complete the reaction cycle. Our findings demonstrate that photocatalytic ODHE is a promising method for alkane-to-alkene conversions under mild conditions.
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