Visible-light-driven non-oxidative dehydrogenation of alkanes at ambient conditions

脱氢 光化学 烷烃 环己烷 丙烷 选择性 化学 光催化 催化作用 材料科学 有机化学
作者
Lili Zhang,Le Liu,Ziye Pan,Rui Zhang,Zhuoyang Gao,Guangming Wang,Keke Huang,Xiaoyue Mu,Fu‐Quan Bai,Yan Wang,Wei Zhang,Zhong‐hua Cui,Lu Li
出处
期刊:Nature Energy [Springer Nature]
卷期号:7 (11): 1042-1051 被引量:114
标识
DOI:10.1038/s41560-022-01127-1
摘要

Direct non-oxidative dehydrogenation of alkanes produces useful carbon feedstocks and hydrogen fuel. However, breaking the C–H bonds in alkanes typically requires high temperature, stoichiometric oxidants or high-energy ultraviolet light; processes that operate under milder conditions are attractive but tend to have poor efficiency. Here we report Pt/black TiO2 photocatalysts in which Pt species are close to each other but not directly bonded, exhibiting high performance for alkane dehydrogenation in visible to near-infrared light at room temperature. For cyclohexane dehydrogenation, the turnover number for H2 production exceeded 100,000 without any deactivation over 80 reaction cycles, far beyond thermal reactions. For methane, 8.2% conversion was achieved with 65% selectivity to propane, rather than the more common ethane. We propose that methane undergoes intramolecular dehydrogenation to produce a methylene intermediate. For C2+ alkanes, fast dehydrogenation (up to 1,440 µmol g−1 h−1) to the corresponding olefins was realized. Distinct from isolated Pt+ monomers, the collections of Pt+ monomers give better photocatalytic activity and selectivity.
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