甲烷在单原子合金催化剂上选择性氧化制甲醇的理论研究（英文）

作者：周磊; 苏亚琼^*; 胡同亮^*

来源：Science China-Materials, 2023, 66(08): 3189-3199.

将甲烷直接转化为燃料和高附加值化学品引起了越来越多的研究兴趣,然而由于甲烷的化学惰性,实现这一过程仍然是一个巨大的挑战.本文设计了12种单原子合金催化剂(SAAs)应用于甲烷的活化,利用密度泛函理论(DFT)计算和微观动力学模拟筛选出对甲烷C-H键解离具有优异催化活性的单原子合金,并在此基础上进一步研究了甲烷选择性氧化制甲醇的机理.计算结果表明,惰性金属Ag、Au和Cu基底中掺杂Ir单原子具有更高的甲烷解离活性,这主要源于甲烷C-H键与Ir原子投影d轨道之间的相互作用.在引入分子氧之后,我们提出了甲烷选择性氧化制甲醇的三种反应机理.通过DFT计算确定了3条途径的完整反应网络,同时微观动力学模拟揭示了实际反应条件下每种SAA表面上反应物种覆盖度的变化.表面覆盖度分析表明,在所有的温度范围内,Ir1/Ag表面都有利于氧化反应,而Ir1/Au和Ir1/Cu只在有限的温度区间内有利于该氧化过程,表明Ir1/Ag单原子合金是甲烷选择性氧化制甲醇反应中非常有效的单原子合金催化剂.

• 单位
  南开大学; 电力设备电气绝缘国家重点实验室