在温和条件下用O2将甲烷选择性氧化成含氧化合物仍然是一个巨大的挑战。
近日,中科院上海高等研究院孙予罕研究员,钟良枢研究员报道了一种ZSM-5(Z-5)负载的PdCu双金属催化剂(PdCu/Z-5),用于甲烷在低温(20 ℃)下与氧气反应生成含氧物。
文章要点
1)由于PdO纳米颗粒和Cu单原子的串联催化作用,PdCu/Z-5催化剂表现出1178 mmol/gpd/h的高含氧物产率,同时高达95%的含氧物选择性。
2)控制实验和机理研究表明,PdO纳米颗粒促进了O2和H2原位生成H2O2,而Cu单原子不仅促进了H2O2的活化,使其分解生成大量的羟基自由基(·OH),而且使·OH能够将CH4均解为甲基自由基(·CH3)。随后,·OH与·CH3迅速反应生成高选择性的CH3OH。
这些发现有望为甲烷选择氧化制含氧化合物提供有价值的见解,这也将有助于开发其他高效、廉价的低碳烷烃C-H键选择活化催化剂。
参考文献
Bo Wu, et al, Tandem Catalysis for Selective Oxidation of Methane to Oxygenates Using Oxygen over PdCu/Zeolite, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202204116
DOI: 10.1002/anie.202204116
https://doi.org/10.1002/anie.202204116