獲得榮譽：林祖賡青年科技一等獎(2021), 國際催化大會青年科學(xué)家獎(2020), 中國催化新秀獎(2019), ACS Catalysis青年科學(xué)家獎(2018)（信息來源：https://chem.xmu.edu.cn/info/1419/5191.htm）論文速覽甲烷光催化偶聯(lián)制乙烷和乙烯（C2化合物）為利用豐富的甲烷資源提供了一種有前途的方法。然而，最先進(jìn)的光催化劑通常受到非常有限的C2形成速率的影響。本論文探討了甲烷通過光催化偶聯(lián)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為乙烷和乙烯（C2化合物），研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，主要暴露{101}晶面的銳鈦礦型二氧化鈦納米晶體，盡管通常被認(rèn)為在光催化中活性較低，但其性能卻出人意料地優(yōu)于暴露高能{001}晶面的樣品。鈀共催化劑在C2選擇性形成中起著關(guān)鍵作用，其中Pd2+位點負(fù)責(zé)選擇性C2形成。研究揭示了銳鈦礦{101}晶面有利于在表面附近的水相中形成羥基自由基，這些自由基激活甲烷分子形成甲基自由基，而Pd2+位點參與促進(jìn)甲基自由基的吸附和偶聯(lián)。該工作提供了一種設(shè)計高效納米催化劑的策略，通過反應(yīng)空間分離優(yōu)化固液界面上的異質(zhì)-均相反應(yīng)，以選擇性光催化甲烷偶聯(lián)。圖文導(dǎo)讀圖1：不同形態(tài)和晶面暴露的TiO2納米晶體的催化劑形貌和結(jié)構(gòu)。圖2：Pd/TiO2催化劑在不同暴露銳鈦礦晶面上的光催化甲烷偶聯(lián)反應(yīng)（NOCM）性能。圖3：Pd/TiO2催化劑的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系。圖4：密度泛函理論（DFT）計算結(jié)果和反應(yīng)機(jī)理。?總結(jié)展望 本研究的亮點在于發(fā)現(xiàn)了一個不尋常的晶面效應(yīng)，即主要暴露{101}晶面的銳鈦礦型二氧化鈦納米晶體在光催化甲烷偶聯(lián)反應(yīng)中表現(xiàn)出比高能{001}晶面更高的C2化合物形成速率。研究中實現(xiàn)了326 μmol g?1h?1的CH4轉(zhuǎn)化率和81%的C2選擇性，這是迄今為止報道的最佳值之一。研究揭示了兩個關(guān)鍵描述符：液相?OH自由基的形成能和Pd2+的表面分?jǐn)?shù)。實驗和DFT計算結(jié)果表明，Pd共催化劑不僅加速了電子-空穴分離，而且還通過吸附和富集液相中的?CH3自由基來增強(qiáng)偶聯(lián)反應(yīng)，其中Pd2+位點有利于降低偶聯(lián)反應(yīng)的能量障礙。這些發(fā)現(xiàn)為設(shè)計高效的光催化劑提供了新的策略，并為理解光催化反應(yīng)中的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系提供了深入見解。文獻(xiàn)信息標(biāo)題：Unusual facet and co-catalyst effects in TiO2 based photocatalytic coupling of methane期刊：Nature CommunicationsDOI：10.1038/s41467-024-48866-1
