Lithium carbonate-promoted mixed rare earth oxides as a generalized strategy for oxidative coupling of methane with exceptional yields

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作者
Kun Zhao,Yunfei Gao,Xijun Wang,Bar Mosevitzky Lis,Junchen Liu,Baitang Jin,Jacob Smith,Chuande Huang,Wenpei Gao,Xiaodong Wang,Xin Wang,Anqing Zheng,Zhen Huang,Jianli Hu,Reinhard Schomäcker,Israel E. Wachs,Fanxing Li
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:16
标识
DOI:10.1038/s41467-023-43682-5
摘要

Abstract The oxidative coupling of methane to higher hydrocarbons offers a promising autothermal approach for direct methane conversion, but its progress has been hindered by yield limitations, high temperature requirements, and performance penalties at practical methane partial pressures (~1 atm). In this study, we report a class of Li 2 CO 3 -coated mixed rare earth oxides as highly effective redox catalysts for oxidative coupling of methane under a chemical looping scheme. This catalyst achieves a single-pass C 2+ yield up to 30.6%, demonstrating stable performance at 700 °C and methane partial pressures up to 1.4 atm. In-situ characterizations and quantum chemistry calculations provide insights into the distinct roles of the mixed oxide core and Li 2 CO 3 shell, as well as the interplay between the Pr oxidation state and active peroxide formation upon Li 2 CO 3 coating. Furthermore, we establish a generalized correlation between Pr 4+ content in the mixed lanthanide oxide and hydrocarbons yield, offering a valuable optimization strategy for this class of oxidative coupling of methane redox catalysts.
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