Room-Temperature Methane Conversion by Graphene-Confined Single Iron Atoms

甲烷 石墨烯 化学 材料科学 化学工程 纳米技术 有机化学 工程类
作者
Xiaoju Cui,Haobo Li,Yan Wang,Yuanli Hu,Lei Hua,Haiyang Li,Xiuwen Han,Qingfei Liu,Fan Yang,Limin He,Xiaoqi Chen,Qingyun Li,Jianping Xiao,Dehui Deng,Xinhe Bao
出处
期刊:Chem [Elsevier BV]
卷期号:4 (8): 1902-1910 被引量:429
标识
DOI:10.1016/j.chempr.2018.05.006
摘要

Summary

Direct conversion of methane to high-value-added chemicals is a major challenge in catalysis, which usually requires high-energy input to overcome the reaction barrier. We report that graphene-confined single Fe atoms can be used as an efficient non-precious catalyst to directly convert methane to C1 oxygenated products at room temperature. A series of graphene-confined 3d transition metals (Mn, Fe, Co, Ni, and Cu) were screened, yet only single Fe atoms could catalyze the methane conversion. Combining in operando time-of-flight mass spectrometry, 13C nuclear magnetic resonance, and density functional theory calculations, we found that methane conversion proceeds on the O–FeN4–O active site along a radical pathway to produce CH3OH and CH3OOH first, and then the generated CH3OH can be further catalyzed to form HOCH2OOH and HCOOH at room temperature.
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