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甲烷的非氧化偶聯(NOCM)是同時產生多碳化合物和氫氣的一個非常重要的過程。儘管基於氧化物的光催化在溫和條件下能夠催化NOCM，但由於CH4被晶格氧過度氧化，氧化產物的選擇性和反應的耐久性並不理想。基於此，中國科學技術大學熊宇傑、龍冉和南京大學姚穎方等以TiO2作為模型，在其表面晶格中摻入Pd SAs(Pd1/TiO2)以實現高選擇性和穩定光催化NOCM。

研究人員利用Pd-O4單元修飾TiO2近表面的價帶，在溫和條件下實現了高效的光驅動CH4轉化為C2H6。得益於Pd-O4單元對價帶的調節，單個Pd位點處實現了光生空穴的積累，這些空穴能夠解離C-H鍵並吸附∙CH3以形成C2H6；這也降低O原子在價帶中的作用，抑制了CH4與晶格氧的過氧化，顯著提高了催化耐久性。

因此，Pd SAs改性催化劑(Pd1/TiO2)對C2H6的產生表現出最高的性能。在350 nm處具有3.05%的表觀量子效率和0.91 mmol g-1 h-1的C2H6產生速率。更重要的是，VBM中Pd-O4的占據狀態抑制了CH4與晶格氧的過氧化，這使得CH4轉化為C2H6的選擇性高達94.3%，並顯着提高了氧化物光催化劑的穩定性。

此外，選擇相關元素(即Si)來摻雜TiO2晶格，也進一步穩定了亞表面晶格氧並提高了催化劑在24小時內的耐久性。

High-performance Photocatalytic Nonoxidative Conversion of Methane to Ethane and Hydrogen by Heteroatoms-Engineered TiO2. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-30532-z

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