物理化学学报 >> 2019, Vol. 35 >> Issue (9): 968-976.doi: 10.3866/PKU.WHXB201810007
所属专题: 碳氢键活化
收稿日期:
2018-10-08
录用日期:
2018-11-30
发布日期:
2018-12-07
通讯作者:
李路
E-mail:luli@jlu.edu.cn
作者简介:
李路,1983年生。2006年获吉林大学化学学士学位,2012年获吉林大学无机化学博士学位。现任吉林大学化学学院教授、博导。研究方向为室温光驱动惰性分子的活化
基金资助:
Received:
2018-10-08
Accepted:
2018-11-30
Published:
2018-12-07
Contact:
Lu LI
E-mail:luli@jlu.edu.cn
Supported by:
摘要:
如何在较温和的条件下将甲烷转化为其它更有价值的有机衍生物,如醇、芳烃、长链烷烃和烯烃等,长期以来是催化、化学及化工领域的热点课题和难点课题之一。为了提高甲烷的转化效率,过去几十年里,研究人员不断开发新的催化剂和新的反应路径。与传统高温热催化方法相比,如果能利用自然界中丰富的太阳能驱动甲烷转化,将同时满足能源和环保两方面的要求,是各种新型非常规策略中比较令人期待的一种。本文从光催化材料的组成、结构及催化路线、催化机制等方面进行总结,对当前室温光活化甲烷分子的研究现状加以论述。
MSC2000:
母晓玥,李路. 室温光驱动甲烷活化[J]. 物理化学学报, 2019, 35(9): 968-976.
Xiaoyue MU,Lu LI. Photo-Induced Activation of Methane at Room Temperature[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2019, 35(9): 968-976.
1 |
Choudhary V. R. ; Kinage A. K. ; Choudhary T. V. Science 1997, 275, 1286.
doi: 10.1126/science.275.5304.1286 |
2 |
Lunsford J. H. Catal. Today 2000, 63, 165.
doi: 10.1016/S0920-5861(00)00456-9 |
3 |
Holmen A. Catal. Today 2009, 142, 2.
doi: 10.1016/j.cattod.2009.01.004 |
4 |
Schwach P. ; Pan X. L. ; Bao X. H. Chem. Rev. 2017, 117, 8497.
doi: 10.1021/acs.chemrev.6b00715 |
5 |
Gunsalus N. J. ; Koppaka A. ; Park S. H. ; Bischof S. M. ; Hashiguchi B. G. ; Periana R. A. Chem. Rev. 2017, 117, 8521.
doi: 10.1021/acs.chemrev.6b00739 |
6 |
Tang P. ; Zhu Q. J. ; Wu Z. X. ; Ma D. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 2580.
doi: 10.1039/C4EE00604F |
7 |
Richard A. K. Science 2010, 328, 1624.
doi: 10.1126/science.328.5986.1624 |
8 |
Schwarz H. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 10096.
doi: 10.1002/anie.201006424 |
9 |
Lelieveld J. ; Lechtenböhmer S. ; Assonov S. S. ; Brenninkmeijer C. A. M. ; Dienst C. ; Fischedick M. ; Hanke T. Nature 2005, 434, 841.
doi: 10.1038/434841a |
10 |
Bergman R. G. Nature 2007, 446, 391.
doi: 10.1038/446391a |
11 |
Arora S. ; Prasad R. RSC Adv. 2016, 6, 108668.
doi: 10.1039/C6RA20450C |
12 |
Pakhare D. ; Spivey J. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 7813.
doi: 10.1039/C3CS60395D |
13 |
Jones G. ; Jakobsen J. G. ; Shim S. S. ; Kleis J. ; Andersson M. P. ; Rossmeisl J. ; Abild-Pedersen F. ; Bligaard T. ; Helveg S. ; Hinnemann B. ; et al J. Catal. 2008, 259, 147.
doi: 10.1016/j.jcat.2008.08.003 |
14 |
Hook J. P. V. Catal. Rev. -Sci. Eng. 1980, 21, 1.
doi: 10.1080/03602458008068059 |
15 |
Latimer A. A. ; Kulkarni A. R. ; AljamaH. ; Montoya J. H. ; Yoo J. S. ; Tsai C. ; Abild-Pedersen F. ; Studt F. ; Nørskov J. K. Nat. Mater. 2017, 16, 225.
doi: 10.1038/nmat4760 |
16 |
Liang Z. ; Li T. ; Kim M. ; Asthagiri A. ; Weaver J. F. Science 2017, 356, 299.
doi: 10.1126/science.aam9147 |
17 |
Labinger J. A. ; Bercaw J. E. Nature 2002, 417, 507.
doi: 10.1038/417507a |
18 |
Sushkevich V. L. ; Palagin D. ; Ranocchiari M. ; van Bokhoven J. A. Science 2017, 356, 523.
doi: 10.1126/science.aam9035 |
19 |
Berndt H. ; Martin A. ; Brückner A. ; Schreier E. ; Müller D. ; Kosslick H. ; Wolf G.-U. ; Lücke B. J. Catal. 2000, 191, 384.
doi: 10.1006/jcat.1999.2786 |
20 |
Periana R. A. ; Mironov O. ; Taube D. ; Bhalla G.C.J. J. Science 2003, 301, 814.
doi: 10.1126/science.1086466 |
21 |
Lunsford J. H. Angew. Chem. Int. Ed. 1995, 34, 970.
doi: 10.1002/anie.199509701 |
22 |
Spivey J. J. ; Hutchings G. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 792.
doi: 10.1039/C3CS60259A |
23 |
Zheng H. ; Ma D. ; Bao X. H. ; Hu J. Z. ; Kwak J. H. ; Wang Y. ; Peden C. H. F. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 3722.
doi: 10.1021/ja7110916 |
24 |
Wang L. ; Tao L. ; Xie M. ; Xu G. Catal. Lett. 1993, 21, 35.
doi: 10.1007/BF00767368 |
25 |
Guo X. G. ; Fang G. Z. ; Li G. ; Ma H. ; Fan H. J. ; Yu L. ; Ma C. ; Wu X. ; Deng D. H. ; Wei M. M. ; et al Science 2014, 344, 616.
doi: 10.1126/science.1253150 |
26 |
Cui X. J. ; Li H. B. ; Wang Y. ; Hu Y. L. ; Hua L. ; Li H. Y. ; Han X. W. ; Liu Q. F. ; Yang F. ; He L. M. ; et al Chem 2018, 4, 1902.
doi: 10.1016/j.chempr.2018.05.006 |
27 |
Xu Y. D. ; Bao X. H. ; Lin L. W. J. Catal. 2003, 216, 386.
doi: 10.1016/S0021-9517(02)00124-0 |
28 |
Kato Y. ; Yoshida H. ; Hattori T. Chem. Commun. 1998, 21, 2389.
doi: 10.1039/A806825I |
29 |
Yuliati L. ; Yoshida H. Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 1592.
doi: 10.1039/B710575B |
30 | Yoshida H. ; Matsushita N. ; Kato Y. ; Hattori T. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 8355. |
31 |
Li L. ; Li G.-D. ; Yan C. ; Mu X.-Y. ; Pan X.-L. ; Zou X.-X. ; Wang K.-X. ; Chen J.-S. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 8299.
doi: 10.1002/anie.201102320 |
32 |
Dietl N. ; Engeser M. ; Schwarz H. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 4861.
doi: 10.1002/anie.200901596 |
33 |
Copéret C. Chem. Rev. 2010, 110, 656.
doi: 10.1021/cr900122p |
34 |
Yuliati L. ; Hamajima T. ; Hattori T. ; Yoshida H. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 7223.
doi: 10.1021/jp712029w |
35 |
Anderson M. W. ; Terasaki O. ; Ohsuna T. ; Philippou A. ; Mackay S. P. ; Ferreira A. ; Rocha J. ; Lidin S. Nature 1994, 367, 347.
doi: 10.1038/367347a0 |
36 |
Li L. ; Cai Y.-Y. ; Li G.-D. ; Mu X.-Y. ; Wang K.-X. ; Chen J.-S. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 4702.
doi: 10.1002/anie.201200045 |
37 |
Li L. ; Fan S. ; Mu X. ; Mi Z. ; Li C.-J. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 7793.
doi: 10.1021/ja5004119 |
38 |
Li L. ; Mu X. ; Liu W. ; Kong X. ; Fan S. ; Mi Z. ; Li C. J. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 14106.
doi: 10.1002/anie.201408754 |
39 |
Goldberger J. ; He R. R. ; Zhang Y. F. ; Lee S. ; Yan H. Q. ; Choi H. J. ; Yang P. D. Nature 2003, 422, 599.
doi: 10.1038/nature01551 |
40 |
Ibbetson J. P. ; Fini P. T. ; Ness K. D. ; DenBaars S. P. ; Speck J. S. ; Mishra U. K. Appl. Phys. Lett. 2000, 77, 250.
doi: 10.1063/1.126940 |
41 |
Eller B. S. ; Yang J. L. ; Nemanich R. J. J. Electron. Mat. 2014, 43, 4560.
doi: 10.1007/s11664-014-3383-z |
42 |
Meng L. ; Chen Z. ; Ma Z. ; He S. ; Hou Y. ; Li H. ; Yuan R. ; Huang X. ; Wang X. ; Wang X. ;et al Energy Environ. Sci. 2018, 11, 294.
doi: 10.1056/NEJMoa1304459 |
43 |
Yu L. H. ; Shao Y. ; Li D. Z. Appl. Catal. B-Environ. 2017, 204, 216.
doi: 10.1016/j.apcatb.2016.11.039 |
44 |
Kaliaguine S. L. ; Shelimov B. N. ; Kazansky V. B. J. Catal. 1978, 55, 384.
doi: 10.1016/0021-9517(78)90225-7 |
45 |
Chen X. ; Li Y. ; Pan X. ; Cortie D. ; Huang X. ; Yi Z. Nat. Commun. 2016, 7, 12273.
doi: 10.1038/ncomms12273 |
46 |
Wada K. ; Yamada H. ; Watanabe Y. ; Mitsudo T. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1998, 94, 1771.
doi: 10.1007/s10562-008-9491-8 |
47 |
López H. H. ; Martínez A. Catal. Lett. 2002, 83, 37.
doi: 10.1023/A:1020649313699 |
48 |
Thampi K. R. ; Kiwi J. ; Grätzel M. Catal. Lett. 1988, 1, 109.
doi: 10.1007/BF00765891 |
49 |
Ward M. D. ; Brazdil J. F. ; Mehandru S. P. ; Anderson A. B. J. Phys. Chem. 1987, 91, 6515.
doi: 10.1021/j100310a019 |
50 |
Wada K. ; Yoshida K. ; Watanabe Y. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1995, 91, 1647.
doi: 10.1039/FT9959101647 |
51 |
Noceti R. P. ; Taylor C. E. ; D'Este J. R. Catal. Today 1997, 33, 199.
doi: 10.1016/S0920-5861(96)00155-1 |
52 |
Villa K. ; Murcia-López M. ; Andreu T. ; Morante J. R. Appl. Catal. B: Environ. 2015, 163, 150.
doi: 10.1016/j.apcatb.2014.07.055 |
53 |
Murcia-López S. ; Bacariza M. C. ; Villa K. ; Lopes J. M. ; Henriques C. ; Morante J. R. ; Andreu T. ACS Catal. 2017, 7, 2878.
doi: 10.1021/acscatal.6b03535 |
54 |
Hu A. H. ; Guo J. J. ; Pan H. ; Zuo Z. W. Science 2018.
doi: 10.1126/science.aat9750 |
[1] | 周雪梅. 二氧化钛负载单原子催化剂用于光催化反应的研究[J]. 物理化学学报, 2021, 37(6): 2008064 -0 . |
[2] | 费新刚, 谭海燕, 程蓓, 朱必成, 张留洋. 理论计算研究二维/二维BP/g-C3N4异质结的光催化CO2还原性能[J]. 物理化学学报, 2021, 37(6): 2010027 -0 . |
[3] | 李喜宝, 刘积有, 黄军同, 何朝政, 冯志军, 陈智, 万里鹰, 邓芳. 全有机S型异质结PDI-Ala/S-C3N4光催化剂增强光催化性能[J]. 物理化学学报, 2021, 37(6): 2010030 -0 . |
[4] | 刘东, 陈圣韬, 李仁杰, 彭天右. 用于光催化能量转换的Z-型异质结的研究进展[J]. 物理化学学报, 2021, 37(6): 2010017 -0 . |
[5] | 李云锋, 张敏, 周亮, 杨思佳, 武占省, 马玉花. g-C3N4表面改性及其光催化制H2与CO2还原研究进展[J]. 物理化学学报, 2021, 37(6): 2009030 -0 . |
[6] | 陈一文, 李铃铃, 徐全龙, Tina Düren, 范佳杰, 马德琨. 反蛋白石结构的g-C3N4可控合成及其优异的光催化产氢性能[J]. 物理化学学报, 2021, 37(6): 2009080 -0 . |
[7] | 刘阳, 郝旭强, 胡海强, 靳治良. 构建NiS2/MoSe2 S型异质结高效光催化产氢[J]. 物理化学学报, 2021, 37(6): 2008030 -0 . |
[8] | 梅子慧, 王国宏, 严素定, 王娟. 微波辅助快速制备2D/1D ZnIn2S4/TiO2 S型异质结及其光催化制氢性能[J]. 物理化学学报, 2021, 37(6): 2009097 -0 . |
[9] | 赫荣安, 陈容, 罗金花, 张世英, 许第发. 石墨烯量子点修饰的BiOI/PAN柔性纤维的制备及其增强的光催化活性[J]. 物理化学学报, 2021, 37(6): 2011022 -0 . |
[10] | 姜志民, 陈晴, 郑巧清, 沈荣晨, 张鹏, 李鑫. 1D Mn0.2Cd0.8S纳米棒/2D Ti3C2纳米片肖特基异质结的构建及光催化产氢性能研究[J]. 物理化学学报, 2021, 37(6): 2010059 -0 . |
[11] | 王苹, 李海涛, 曹艳洁, 余火根. 羧基功能化石墨烯增强TiO2光催化产氢性能[J]. 物理化学学报, 2021, 37(6): 2008047 -0 . |
[12] | 王则鉴, 洪佳佳, Ng Sue-Faye, 刘雯, 黄俊杰, 陈鹏飞, Ong Wee-Jun. 氧化物钙钛矿的光催化研究进展:CO2还原、水裂解、固氮[J]. 物理化学学报, 2021, 37(6): 2011033 -0 . |
[13] | 张继宏, 钟地长, 鲁统部. 钴(Ⅱ)基分子配合物用于光催化二氧化碳还原[J]. 物理化学学报, 2021, 37(5): 2008068 -0 . |
[14] | 吴进, 刘京, 夏雾, 任颖异, 王锋. 基于CdS和CdSe纳米半导体材料的可见光催化二氧化碳还原研究进展[J]. 物理化学学报, 2021, 37(5): 2008043 -0 . |
[15] | 崔新江, 石峰. 基于单原子催化剂的二氧化碳选择性转化[J]. 物理化学学报, 2021, 37(5): 2006080 -0 . |
|