Single-atom catalysts in methane chemistry

Abstract

Обобщены и систематизированы литературные данные (с акцентом на результаты, опубликованные в последние годы), касающиеся применения в химии метана "одноатомных" катализаторов—гетерогенных каталитических контактов последнего поколения с активными металлическими центрами в виде одиночных атомов, закрепленными на подложке из неорганического материала. Рассмотрены особенности активации молекулы CH<sub>4</sub> на поверхности таких катализаторов, проведено сравнение их поведения с поведением других известных гетерогенно-каталитических контактов, содержащих металлические нанокластеры или наночастицы активного металла, в процессах прямой окислительной и неокислительной конверсии метана в различные химические соединения. Проанализирована эффективность применения "одноатомных" катализаторов разного состава и разных модификаций (нанесенные одиночные металлические атомы, моно- и полиметаллические "одноатомные" контакты, системы сложного дисперсного состава и др.) в таких реакциях с участием метана, как сухой, паровой, окислительный риформинг, парциальное окисление в метанол, окислительное карбонилирование и карбоксилирование в уксусную кислоту, неокислительная и окислительная конденсация метана в этан(этилен), дегидроароматизация CH<sub>4</sub>, метилирование метаном бензола. Обсуждены новые возможности, открывающиеся в химии метана при использовании "одноатомных" катализаторов.<br> Библиография —307 ссылок

State-of-the-art strategies for the synthesis of zeolite-encapsulated subnanometric metal clusters

“…Subnanometric clusters of optimal size (0.9 nm) assembled by successive treatment of exchanged zeolite with H 2 and CO have demonstrated 73.2% methanol selectivity and TOF = 39.7 h −1 , which is almost an order of magnitude higher than for any previously reported Rh@MFI catalyst. 195,196 Another recent paper describes the extension of the ShinBt assembly strategy to the preparation of Pd 4 clusters, encapsulated in the pores of FER zeolite. These clusters, assembled during the treatment of Pd-exchanged zeolite with humid CO, are highly active catalysts for low-temperature CO oxidation due to the fact that the active sites of the catalyst are not poisoned by CO molecules as in the case of larger Pd particles.…”

“…Subnanometric clusters of optimal size (0.9 nm) assembled by successive treatment of exchanged zeolite with H 2 and CO have demonstrated 73.2% methanol selectivity and TOF = 39.7 h −1 , which is almost an order of magnitude higher than for any previously reported Rh@MFI catalyst. 195,196…”

Advances in Oxidative Coupling of Methane

“…The molecule of methane has a regular tetrahedron configuration with very stable chemical properties, such as the formation of four equivalent C-H bonds after the sp 3 hybridization of its central carbon atom, a H-C-H bond angle of 109.5 • , a C-H bond length of 1.087 Å [8], a small molecular polarization rate (2.84 × 10 −40 C 2 m 2 J −1 ), etc. [9], which make it difficult for it to undergo intra-molecular polarization and chemical bond breaking in a conventional environment.…”