上海交大曹宵鸣ACS Catalysis:水溶液中锐钛矿型二氧化钛光催化直接甲烷制甲醇的主要瓶颈

本研究通过第一性原理与微动力学模拟，系统探究了水溶液中锐钛矿型TiO2(101)界面上光催化甲烷直接制甲醇的反应机制。背景：光催化甲烷直接制甲醇是一条原子经济性高、可持续的理想路径，但传统观点认为甲烷C-H键活化是主要限制因素。研究目的：明确水溶液中光催化DMTM过程的核心瓶颈与反应机制。结论：研究发现，限制活性的核心瓶颈并非甲烷C-H键的本征强度，而是由TiO2表面极低的光生空穴浓度和有限的空穴寿命，以及甲烷/甲基自由基在液固界面中的传质受限共同导致的扩散限制效应。该研究为理性设计高效光催化DMTM催化剂和优化液-固界面环境提供了关键理论指导。