大连化物所提出通过次表面La缺陷活化钙钛矿晶格氧实现甲烷高效转化

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  近日，中国科学院大连化学物理研究所催化与新材料研究中心(1500组群)王晓东研究员、黄传德副研究员团队和西北大学朱燕燕教授、大连理工大学蒋博副教授等合作，在钙钛矿催化甲烷高效选择性氧化研究中取得新进展。

  【网 研发快讯】近日，中国科学院大连化学物理研究所催化与新材料研究中心(1500组群)王晓东研究员、黄传德副研究员团队和西北大学朱燕燕教授、大连理工大学蒋博副教授等合作，在钙钛矿催化甲烷高效选择性氧化研究中取得新进展。

  金属氧化物的晶格氧活性在遵循Marsvan Krevelen机制的催化反应中起到至关重要的作用，精准调控晶格氧活性，有望克服氧化还原反应中活性和选择性之间的“跷跷板效应”。钙钛矿氧化物(ABO3)具有优良的结构稳定性、氧化还原活性，以及灵活可调的晶体结构，在氧化还原反应中得到科研人员的关注。相比化学惰性的A位原子，科研人员普遍将钙钛矿结构优异的氧活性归功于B位过渡金属，而认为A位原子的作用十分有限，仅能通过改变晶体结构或调整B位原子价态等间接方式来调节氧活性，长期以来忽视了A位原子在直接调控氧活性方面的潜在作用，这导致对氧活性的激活机制理解有限，难以实现对氧活性的精准调控。

  在工作中，研究团队发现降低La/Fe比(La0.97FeO3)或经氧化还原处理表面重构的LaFeO3均可产生次表面La(Lasub.)缺陷。实验和理论研究表明，次表面Lasub.-O相互作用的缺失，能够更好的降低表面氧的电子密度，提高氧迁移率，使CH4活化能垒从1.88eV降低至1.03eV，可提高甲烷制合成气的性能，使合成气产率提高2.7至2.9倍，并保持比较高的合成气选择性(96%至98%)。该工作强调了A位原子在直接调节氧活性方面的重要性，与传统的观点有着根本的不同，为氧化还原催化剂的设计提供了新思路。

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