獲得榮譽：林祖賡青年科技一等獎(2021), 國際催化大會青年科學家獎(2020), 中國催化新秀獎(2019), ACS Catalysis青年科學家獎(2018)（信息來源：https://chem.xmu.edu.cn/info/1419/5191.htm）論文速覽甲烷光催化偶聯制乙烷和乙烯（C2化合物）為利用豐富的甲烷資源提供了一種有前途的方法。然而，最先進的光催化劑通常受到非常有限的C2形成速率的影響。本論文探討了甲烷通過光催化偶聯反應轉化為乙烷和乙烯（C2化合物），研究團隊發現，主要暴露{101}晶面的銳鈦礦型二氧化鈦納米晶體，盡管通常被認為在光催化中活性較低，但其性能卻出人意料地優于暴露高能{001}晶面的樣品。鈀共催化劑在C2選擇性形成中起著關鍵作用，其中Pd2+位點負責選擇性C2形成。研究揭示了銳鈦礦{101}晶面有利于在表面附近的水相中形成羥基自由基，這些自由基激活甲烷分子形成甲基自由基，而Pd2+位點參與促進甲基自由基的吸附和偶聯。該工作提供了一種設計高效納米催化劑的策略，通過反應空間分離優化固液界面上的異質-均相反應，以選擇性光催化甲烷偶聯。圖文導讀圖1：不同形態和晶面暴露的TiO2納米晶體的催化劑形貌和結構。圖2：Pd/TiO2催化劑在不同暴露銳鈦礦晶面上的光催化甲烷偶聯反應（NOCM）性能。圖3：Pd/TiO2催化劑的結構-性質關系。圖4：密度泛函理論（DFT）計算結果和反應機理。?總結展望 本研究的亮點在于發現了一個不尋常的晶面效應，即主要暴露{101}晶面的銳鈦礦型二氧化鈦納米晶體在光催化甲烷偶聯反應中表現出比高能{001}晶面更高的C2化合物形成速率。研究中實現了326 μmol g?1h?1的CH4轉化率和81%的C2選擇性，這是迄今為止報道的最佳值之一。研究揭示了兩個關鍵描述符：液相?OH自由基的形成能和Pd2+的表面分數。實驗和DFT計算結果表明，Pd共催化劑不僅加速了電子-空穴分離，而且還通過吸附和富集液相中的?CH3自由基來增強偶聯反應，其中Pd2+位點有利于降低偶聯反應的能量障礙。這些發現為設計高效的光催化劑提供了新的策略，并為理解光催化反應中的結構-性質關系提供了深入見解。文獻信息標題：Unusual facet and co-catalyst effects in TiO2 based photocatalytic coupling of methane期刊：Nature CommunicationsDOI：10.1038/s41467-024-48866-1
