近来，春心科学技术大学化学与资料科学学院/合肥微标准物质科学国家研讨中心黄伟新教授课题组研讨了氧化物半导体光催化甲烷和双氧水制含氧化合物反响，发现了氧气作为分子助剂大幅度进步双氧水使用率和光催化甲烷制含氧化合物功率的普适性战略，以及TiO晶面操控的光催化活性和选择性。研讨成果于11月5日以“Molecular oxygen enhances Hutilization for the photocatalytic conversion of methane to liquid-phase oxygenates”为题宣布在Nat. Commun.2022,13, 6677。

  TiO2-C3N4光催化甲烷和双氧水制含氧化合物反响系统中氧气进步双氧水使用率和TiO2晶面操控催化选择性的示意图

  跟着页岩气和可燃冰的开发和“双碳方针”的提出，甲烷作为碳资源的可能性渐渐的变大，但将甲烷高活性和高选择性转化为高值化学品是多相催化中的长时间应战。近期，光催化表现出巨大的潜力。双氧水是光催化甲烷液相氧化制高值化学品常用的氧化剂，其与光生电子反响生成羟基自由基或过氧化氢自由基是有用的活化方法，但一起存在其与光生空穴反响生成水和氧气的副反响，极大降低了双氧水的使用功率。本作业观察到适量氧气的参加普适性地将氧化物半导体光催化甲烷和双氧水反响系统中双氧水的使用率进步1.30–1.78倍，然后将甲烷转化率进步1.4–2.0倍。其原因是O2吸附在氧化物外表，然后按捺双氧水在氧化物外表的吸附以及后续的与光生空穴反响生成水和氧气的副反响。一起在优先露出不同晶面TiO2-C3N4复合光催化剂催化甲烷+双氧水+氧气反响系统中，观察到TiO2晶面操控地光催化活性和选择性，结合理论核算，发现产品在TiO2不同晶面的脱附能是不同催化选择性的原因。初级产品CH3OOH在TiO2{101}外表吸附十分弱，因而CH3OOH是TiO2{101}-C3N4复合光催化剂的仅有液相产品；吸附在TiO2{100}和TiO2{001}外表的CH3OOH进一步反响生成CH3OH，CH3OH 在TiO2{100}外表吸附较弱，因而CH3OH是TiO2{100}-C3N4复合光催化剂的首要液相产品；CH3OH在TiO2{001}外表强吸附并解离生成CH3O，CH3O进一步光催化氧化生成HCOOH，因而HCOOH是TiO2{001}-C3N4复合光催化剂的首要液相产品。因为自发的TiO2{100}纳米晶光生载流子体相-外表别离、高效的TiO2{001}-C3N4界面光生载流子别离、适宜的CH4-TiO2{001}界面能级结构，TiO2{001}-C3N4复合光催化剂表现出高效的氧气促进光催化甲烷和双氧水反响制含氧化合物的双氧水使用率和甲烷转化功率：氧气的参加将双氧水使用率从53.4%进步到93.3%，甲烷转化速率从358.5进步到696.3 μmolgcatalyst-1h-1,甲酸选择性从56.4%进步到69.8%，甲酸收率从202.2进步到486 μmol gcatalyst-1h-1。

  文章榜首作者是春心科学技术大学博士后孙潇，一起榜首作者是春心科学技术大学结业博士生陈玄烨。该项研讨得到了国家自然科学基金委员会、春心科学院、教育部和春心科学技术大学等的支撑。