JACS: Au纳米颗粒上的SrTiO3覆盖层促进光催化甲烷氧化偶联

本文研究了光催化甲烷氧化偶联（OCM）中C–C偶联效率低下的问题。研究背景指出，传统光催化剂如TiO₂、ZnO虽能通过空穴驱动甲烷C–H键断裂生成甲基自由基（•CH₃），但•CH₃在表面吸附过强，易导致过氧化和逆反应。研究目的为设计高效C–C偶联位点，提升OCM反应速率和选择性。研究开发了Au@SrTiO₃光催化剂，其中Au纳米颗粒被厚度约1.3 nm的SrTiO₃覆盖层包覆。实验结果表明，该覆盖层显著促进•CH₃的C–C偶联，抑制逆反应和过氧化，使乙烷（C₂H₆）生成速率相比未包覆催化剂提高7倍，达到155 μmol h⁻¹，C₂+烃类选择性达93%，在300小时测试中保持稳定。通过同位素标记、原位红外光谱、光电表征和DFT计算，证实SrTiO₃覆盖层降低了•CH₃偶联能垒，并增强其表面稳定性。结论指出，该策略为设计高效甲烷光催化转化活性位点提供了新思路。