近日，我校化学与分子工程学院王灵芝教授团队，在改性多孔材料及光催化甲烷无氧偶联领域取得重要进展，相关成果“Design of Frustrated Lewis Pair in Defective TiO2 forPhotocatalytic Non-Oxidative Methane Coupling”在线发表于催化领域期刊Chem Catalysis。
高效的C-H键极化是低温光催化CH4转化的先决条件，但短距离异种电荷活性对的拉伸C-H键能力较差，限制了低温光催化CH4活化。因此期望设计出位点间距高度灵活且可调谐的极化环境。最近，由固体表面长距离路易斯酸（LA）和路易斯碱（LB）位点组成的固体受阻路易斯对（FLP）被证明对激活小分子是有效的。
在此，通过DFT计算设计了由TiO2中掺杂低价金属离子作LA和相邻Ti-OH作为LB组成的长距离（0.31-0.37 nm）FLP。并通过实际的掺杂和加氢处理制备得到了具有大孔-介孔结构的金属掺杂TiO2-SiO2。由于LA-LB的长距离和酸碱强度匹配，氢化Ga掺杂的复合材料实现了优异的C-H键拉伸，CH4转化速率高达139 μmol g-1 h-1，产物乙烷选择性达88%。根据TD-DFT计算和原位EPR分析，光辐照导致电子从Ga激发到Ti-OH，从而促进了·CH3的形成和耦合。这项工作为设计和构建具备光催化活性的 FLP 用于甲烷 Csp3-H 极化提供了深入的见解。同时有望积极推动 FLP 体系在温和条件下烷烃选择性转化中的应用。
该研究在王灵芝教授的指导下，由博士研究生马嘉渝作为第一作者完成。研究工作得到了国家自然科学基金、上海市科技委员会等项目的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.checat.2022.05.016
新闻来源： 华理新闻网
新闻链接：https://news.ecust.edu.cn/_s4/2022/0630/c6a167089/page.psp
