Methane transformation by photocatalysis

甲烷 光催化 催化作用 纳米技术 化石燃料 材料科学 化学 环境科学 生化工程 有机化学 工程类
作者
Xiyi Li,Chao Wang,Junwang Tang
出处
期刊:Nature Reviews Materials [Springer Nature]
卷期号:7 (8): 617-632 被引量:159
标识
DOI:10.1038/s41578-022-00422-3
摘要

Methane hydrate and shale gas are predicted to have substantial reserves, far beyond the sum of other fossil fuels. Using methane instead of crude oil as a building block is, thus, a very attractive strategy for synthesizing valuable chemicals. Because methane is so inert, its direct conversion needs a high activation energy and typically requires harsh reaction conditions or strong oxidants. Photocatalysis, which employs photons operated under very mild conditions, is a promising technology to reduce the thermodynamic barrier in direct methane conversion and to avoid the common issues of overoxidation and catalyst deactivation. In this Review, we cover the development of photocatalysts and co-catalysts, including the use of inorganic materials and polymeric semiconductors, and explain how the use of batch or flow reaction systems affects the reaction kinetics and product selectivity. We also discuss efforts to understand the underlying reaction mechanisms from both a photophysical and a chemical perspective. Finally, we present our view of the challenges facing this field and suggest potential solutions. Methane, as a replacement for crude oil, can be converted into valuable chemicals through photocatalysis. This Review discusses the design of promising photocatalytic systems and strategies to understand their reaction mechanisms and outlines the most pressing questions still facing the field.
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