光催化可实现在温和条件下将甲烷转化为多碳（C₂₊）化合物。但是，以甲基自由基作为唯一的反应中间体，生成的C₂₊产物主要由乙烷构成，对乙烯的选择性可以忽略不计，而乙烯作为一种关键的化学原料，具有比乙烷更高的附加值。近日，中科大Yujie Xiong，Ran Long等报道了一种Pd修饰的ZnO-Au杂化材料，可在温和的条件下（室温，1个大气压和入射光）高效催化CH₄向C₂H₄转化。

本文要点：

1）作者采用温和的水热法制备了多孔ZnO纳米板，并将预先制备的AuPd_x纳米棒负载在多孔ZnO纳米板上，制备了Pd修饰的ZnO-Au杂化材料。

2）作者通过各种原位表征技术发现，Pd诱导的光催化剂的脱氢能力开启了一个新的CH₄-C₂H₄转化途径，该途径涉及甲氧基和乙氧基中间体的形成和脱氢。

3）研究发现，在反应过程中，甲烷分子首先在Pd的帮助下在ZnO表面分解为甲氧基。然后将这些甲氧基中间体进一步脱氢并与甲基自由基偶联成乙氧基，然后通过脱氢将其转化为乙烯。

4）实验表明，经过优化的在Au晶格中具有原子分散的Pd位点的ZnO-AuPd杂化材料可实现536.0 μmolg^-1的甲烷转化率，光照8小时后C₂₊化合物的选择性为96.0％（39.7％C₂H₄和54.9％C₂H₆）。

该工作为温和条件下甲烷转化途径提供了新的见识，并强调了脱氢对于增强光催化活性和不饱和烃产物选择性的重要性。

Wenbin Jiang, et al. Pd-Modified ZnO–Au Enabling Alkoxy Intermediates Formation and Dehydrogenation for Photocatalytic Conversion of Methane to Ethylene. J. Am. Chem. Soc., 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c10369

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c10369