文献速递丨ACS Catalysis: Fe单原子掺杂MOFs在可见光下高效选择性光催化氧化CH4-医疗器械网

文献速递丨ACS Catalysis: Fe单原子掺杂MOFs在可见光下高效选择性光催化氧化CH4

来源：北京镁瑞臣科技有限公司分类：操作使用 2023-11-21 09:47:13 100阅读次数

文章摘要

CH4在室温下光催化氧化制备液体产物是一种很有前途的方法。然而，由于CH4的高离解能和液体产物的高反应活性，CH4的选择性氧化是一个很大的挑战。在这里，我们报道了Fe单原子金属-有机框架(Fe@PCN-222)作为一种有效和选择性的光催化剂，在可见光下，在室温下光催化CH4氧化为液态氧化合物(CH3OH和HCHO)。Fe@PCN-222在400 μmol H2O2和2 MPa CH4存在下，2 h内液态氧产率为19.0 μmol，选择性为88.4%，远远超过了裸PCN-222光催化剂。PCN-222中Fe单原子不仅促进光生电子转移，而且促进H2O2活化生成活性·OH，协同作用显著提高了液态氧生成的选择性和活性。

图1。(a) PCN-222的模拟结构和单原子Fe加入PCN-222框架;(b) pcn -222的SEM图像;(c) SEM图像和(d) TEM图像ofFe@PCN-222;(e) STEM及相应元素映射图像ofFe@PCN-222。比例尺:500nm。

图2。(a) pcn -222和Fe@PCN-222的XRD谱图;(b) TCPP配体PCN-222和Fe@PCN-222的红外光谱分析;(c) pcn -222和Fe@PCN-222的N 1s XPS;(d) Fe@PCN-222的Fe 2p XPS。

图3。(a) XANES光谱和(b) EXAFS光谱法fe箔、Fe3+-TPPCN-Cl参比样品和Fe@PCN-222;(c) Fe@PCN-222的FT-EXAFS拟合曲线;(d) Fe@PCN-222， (e) Fe3+-TPPCN-Cl参考样品，(f) Fe箔的WT-EXAFS图。

图4。(a) 400 μmol H2O2和2 MPa CH4光催化氧化过程中CO2、CH3OH和HCHO的时间演化和Fe@PCN-222产生的液体产物选择性;(b)产物的13C NMR谱来源于ch4在400 μmol H2O2和2 MPa的作用下光催化氧化2 h;(c) 400 μmolH2O2和2 MPaCH4存在下ch4光催化氧化的循环试验ofFe@PCN-222;(d) 400 μmol H2O2光催化氧化ch4的产物和液体产物在Fe@PCN-222上的选择性随压力的变化。

图5。(a) pcn -222和Fe@PCN-222的紫外-可见吸收光谱，(b) PL光谱，(c)寿命衰减曲线;(d) Fe@PCN-222在黑暗和光照下的Fe 2p XPS光谱。

图6。(a)在Fe@PCN-222上进行了400 μmol H2O2和2 MPa CH4(水杨酸、K2Cr2O7和Na2C2O4分别作为·OH、e?和h+的捕集剂)光催化氧化CH4的捕获实验;(b) PCN-222和Fe@PCN-222样品在暗、可见光下产生的DMPO-·OH加合物ESR信号:(1)黑暗条件下的PCN-222，(2)可见光照射5min下的PCN-222，(3)黑暗条件下的Fe@PCN-222，(4)可见光照射5min下的Fe@PCN-222。

总结分析

综上所述，Fe单原子MOF光催化剂Fe@PCN-222可以在室温下，在可见光照射下，利用水中的H2O2实现高效、选择性的光催化将ch4转化为CH3OH和HCHO。研究发现，光催化体系中CH4的压力和H2O2的引入量对液态氧的析出速率和选择性有很大影响。实验结果表明，H2O2辅助光催化CH4的转化是通过自由基参与的反应途径进行的，其中·OH在CH4的转化过程中起主导作用。本工作拓宽了MOF基光催化剂的应用领域，为设计高效的CH4转化光催化材料提供了一定的指导。

DOI:https://doi.org/10.1021/acscatal.3c03535

END

北京镁瑞臣科技有限公司（简称）创立于2018年3月，总部位于北京市海淀区百旺弘祥科技产业园，公司集科研仪器研发制造、销售、服务于一体，以光催化行业为经营主线，致力于环境清洁、新能源、新材料、碳中和纵向深入发展和横向拓展并行的高科技企业。具有中关村高新技术企业认证和国家高新技术企业资质，企业信用评级AAA级企业认证，ISO9001质量管理体系质量认证及多项实用新型和发明专利。

公司在光催化实验设备技术研发方面不断攻克技术难题，为光催化降解污染物、光解水制氢制氧或全解水、光催化二氧化碳还原、光催化合成氨（固氮）、光催化降解VOC、甲醛等实验提供运行更稳定、操作更便捷的实验设备整体解决方案。目前业务遍及全国，为淮北师范大学、清华大学、北京化工大学、北京大学、天津大学、上海交通大学、华东理工大学、武汉大学、西安交通大学、南京工业大学、南京林业大学、东北师范大学、福州大学、中科院物理研究所等科研机构提供了周到满意的服务，赢得了良好口碑。

立志于在光催化行业深耕细作厚积薄发，用品牌和服务成就每一个应该成功的人，愿成为您科研路上最真诚的伙伴！

产品推荐