新闻动态
新闻动态
祝贺何承萱论文发表在Chem上
来源: | 作者:李其鑫 | 发布时间: 2023-07-29 | 1084 次浏览 | 分享到:

Chem报道我校光催化甲烷干重整最新研究进展

近期,我组何承萱的研究成果以“Constructing matched active sites for robust photocatalytic dry reforming of methane”为题,发表于知名学术刊物ChemIF=23.5)。

甲烷干重整(DRM)是将CH4CO2转化为合成气的有效途径,在缓解温室效应和提供高级化学原料方面具有双重优势。然而,这两种温室气体分子因高键能和化学惰性而难以被活化。热催化DRM耗能严重,易产生积碳,难以兼具高反应活性和稳定性。近期研究结果表明,利用光驱动的方式可以在温和条件下实现甲烷干重整。

目前,光催化DRM研究在产物比例调控和反应性能提升方面仍有不足,催化剂的构效关系缺乏深入探讨。通过活性位点设计策略,对反应中间体进行调节,实现CH4CO2的高效稳定转化仍极具挑战性。

基于以上挑战,张金龙教授团队以Ru单原子修饰的TiO2-SiO2多级孔光催化剂(Ru-TS)为模型(图A-C),于分子水平探究了CH4CO2的匹配转化机制,通过合理调控H2/CO比例,在温和条件下实现了高效、稳定的甲烷干重整,合成气生成速率高达195.02 mmol gRu-1 h-1(图D-E)。该研究利用原位实验监测不同样品的关键反应中间体,为DRM和其副反应路径计算提供依据(图F-G)。研究结果发现,反应决速步形成的三键桥连*OH中间体吸附于Ru-TS表面,促进CHxCO2的有效耦合和连续转化,有助于提升反应稳定性;而TS表面形成的*COOH中间体经过加氢反应,产生了副产物水和积碳,主产物H2/CO比例偏低,催化剂发生失活。基态和激发态理论计算进一步表明,Ru5c-Ov-Ti4c结构单元是调控DRM反应路径和产物比例的关键。其中,Ru单原子诱导局部电荷分布,并作为光生电子的定域中心,促进CO2分子的吸附与活化;氧空位(Ov)为反应物分子转化和中间体形成提供空间;酸度提升的Ti4c位点与光生空穴协同作用,有效拉伸甲烷C-H键(图H-L)。该研究阐明了基于CO2-CH4匹配活化理论的单原子体系设计原理,深入解析了光激发下活性位点的电荷分布对优化DRM反应路径的影响,为多分子协同反应光催化剂的结构设计提供了指导。

 

 

该论文以华东理工大学为唯一通讯单位,博士研究生何承萱和吴仕群博士后为共同第一作者,吴仕群博士后和张金龙教授为共同通讯作者。该工作得到了材料生物学与动态化学教育部前沿科学中心、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心、国家自然科学基金委、上海市科委国际合作项目、博士后创新人才支持计划等资金的支持。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.06.021.