From Methane to Methanol: Pd-iC-CeO2 Catalysts Engineered for High Selectivity via Mechanochemical Synthesis

化学 甲醇 催化作用 选择性 甲烷 合成气 化学工程 有机化学 工程类
作者
Juan D. Jiménez,Pablo G. Lustemberg,Maila Danielis,Estefanía Fernández,Sooyeon Hwang,Iradwikanari Waluyo,Adrian Hunt,Dominik Wierzbicki,Jie Zhang,Long Qi,Alessandro Trovarelli,José A. Rodríguez,Sara Colussi,M. V. Ganduglia-Pirovano,Sanjaya D. Senanayake
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (38): 25986-25999 被引量:6
标识
DOI:10.1021/jacs.4c04815
摘要

In the pursuit of selective conversion of methane directly to methanol in the liquid-phase, a common challenge is the concurrent formation of undesirable liquid oxygenates or combustion byproducts. However, we demonstrate that monometallic Pd-CeO2 catalysts, modified by carbon, created by a simple mechanochemical synthesis method exhibit 100% selectivity toward methanol at 75 °C, using hydrogen peroxide as oxidizing agent. The solvent free synthesis yields a distinctive Pd-iC-CeO2 interface, where interfacial carbon (iC) modulates metal-oxide interactions and facilitates tandem methane activation and peroxide decomposition, thus resulting in an exclusive methanol selectivity of 100% with a yield of 117 μmol/gcat at 75 °C. Notably, solvent interactions of H2O2 (aq) were found to be critical for methanol selectivity through a density functional theory (DFT)-simulated Eley–Rideal-like mechanism. This mechanism uniquely enables the direct conversion of methane into methanol via a solid–liquid–gas process.
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