通过MOF衍生的多孔PdO/TiO2纳米复合材料催化的C–H键活化实现高效的甲烷到乙烷的转化

《Nanoscale Horizons》：Efficient methane to ethane conversion via C–H bond activation catalyzed by a MOF-derived porous PdO/TiO2 nanocomposite

光催化甲烷转化为乙烷的MOF衍生PdO/TiO2纳米复合材料中，空间分离的活性位点通过氧自由基阴离子（˙O?）活化C–H键生成˙CH3，PdO稳定˙CH3抑制过度氧化，促进C–C偶联合成乙烷。

　　

在常温条件下，将甲烷（CH?）光催化转化为高价值的多碳（C??）产物为能源结构和环境保护提供了一种极具前景的方法。然而，甲烷的高C–H键解离能以及甲基自由基（˙CH?）中间体的过度氧化严重限制了甲烷向C??产物的转化。在此，我们展示了一种金属-有机框架（MOF）晶体工程策略，用于合成一种基于MOF的PdO/TiO?纳米复合材料，以实现甲烷的非氧化偶联反应（NOCM），并在甲烷转化为乙烷（C?H?）的过程中表现出高选择性和活性。机理研究表明，空间分离的C–H键断裂活性位点和C–C偶联活性位点共同促进了甲烷高效转化为乙烷。具体而言，晶格中的氧原子捕获光生空穴，生成氧自由基阴离子（˙O?），这些阴离子活化C–H键并生成˙CH?中间体。PdO能够稳定˙CH?中间体，有效抑制其过度氧化，从而促进C–C偶联过程。这项工作为高效MOF基光催化剂的合理设计开辟了新的途径。