Photocatalytic Oxidative Coupling of Methane to Ethane Using Water and Oxygen on Ag3PO4-ZnO

光催化 甲烷氧化偶联 催化作用 氧气 环境化学 甲烷 氧化磷酸化 化学 无机化学 有机化学 生物化学
作者
Yu-Xiong Wang,Yaoyu Zhang,Yue Liu,Zhongbiao Wu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (31): 11531-11540 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c01941
摘要

Photocatalytic oxidative coupling is an effective way of converting CH4 to high-value-added multi-carbon chemicals under mild conditions, where the breaking of the C–H bond is the main rate-limiting step. In this paper, the Ag3PO4-ZnO heterostructure photocatalyst was synthesized for photocatalytic oxidative coupling of methane (OCM) to C2H6. In addition, an excellent C2H6 yield (16.62 mmol g–1 h–1) and a remarkable apparent quantum yield (15.8% at 350 nm) at 49:1 CH4/Air and 20% RH are obtained, which is more than three times that of the state-of-the-art photocatalytic systems. Ag3PO4 improves the adsorption and dissociation ability of O2 and H2O, benefiting the formation of surface hydroxyl species. As a result, the C–H bond activation energy of CH4 on ZnO was obviously reduced. Meanwhile, the improved separation of photogenerated carriers on the Ag3PO4-ZnO heterostructure also accelerates the OCM process. Moreover, Ag nanoparticles (NPs) derived from Ag3PO4 reduction by photoelectrons promote the coupling of *CH3, which can inhibit the overoxidation of CH4 and increase C2H6 selectivity. This research provides a guide for the design of catalyst and reaction systems in the photocatalytic OCM process.
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