熊宇杰/龙冉Nature子刊：选择性高达91.6%！构建化学环路实现光驱动甲烷流动合成乙酸

甲烷在温和条件下转化为高附加值化学品(例如CH₃COOH)是最大限度地利用甲烷和减轻温室效应的一个有前途的策略。

一般来说，传统的CH₄低温部分氧化合成CH₃COOH需要三个步骤，包括合成气和甲醇的生产，这会带来额外的资源消耗和安全问题。因此，开发一种能够直接将CH₄转化为CH₃COOH的绿色合成方法至关重要。

基于此，中国科学技术大学熊宇杰和龙冉等构建了一种含有CH₄活化和C−C偶联活性位点的PdO/Pd-WO₃异质界面纳米复合材料，直接将CH₄光化学转化为CH₃COOH而不需要额外的试剂。

研究人员通过实验揭示了Pd/PdO异质界面在CH₄-CH₃COOH转化中的关键作用：CH₄倾向于在·OH存在下在Pd位点被激活并形成Pd-CH₃中间体，并且甲基物种可以通过与PdO中的O原子结合和与·OH发生脱氢反应，逐渐转化为Pd-CO中间体；随后，在Pd-PdO界面上的羰基和甲基物种之间发生C−C偶联产生Pd-COCH₃中间体，并且Pd-COCH₃进一步水解产生CH₃COOH作为产物。

同时，W位点也通过直接氧化WO₃上的CH₄产生*CH₃，但在WO₃上形成的*CH₃几乎不能接近PdO上的*CO，因此剩余的*CH₃物种将转化为C₁含氧化合物。

为了促进甲基和羰基中间体之间的连续反应，研究人员设计了一个弧形流道的光化学流动反应装置。在这个装置中，*CH₃可以与*CO中间体连续反应而充分利用PdO和*CH₃，进而完成串联反应。

结果表明，具有最佳PdO含量的PdO/Pd-WO₃异质界面纳米复合材料对CH₃COOH的选择性高达91.6%，且CH₃COOH的产率为1.5 mmol g_Pd⁻¹ h⁻¹。综上，这项研究突出了合理异质结构工程对控制中间体转化的重要性，也为温和条件下以甲烷为原料选择性合成C₂₊氧化物提供了新的策略。

Light-driven Flow Synthesis of Acetic Acid from Methane with Chemical Looping. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-38731-y

原创文章，作者：Gloria，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/05/5ebc514c73/

熊宇杰/龙冉Nature子刊：选择性高达91.6%！构建化学环路实现光驱动甲烷流动合成乙酸

相关推荐