甲烷是生产高附加值化学品的前景广阔的物质。甲烷在温和条件下转化为增值化学品或燃料已成为能源和催化领域最热门的课题之一。然而，由于甲烷分子的高对称性和低极化性，使得在温和条件下活化甲烷具有挑战性。此外，目标产物通常比甲烷反应性更强，容易过度氧化成温室气体CO2。

近日，中科院大连化学物理研究所的研究小组在温和条件下高效地将甲烷转化为甲酸（HCOOH）。研究成果12月29日发表在《Nano Energy》上。

研究人员发现，在ZSM-5的通道内限制的原子分散的Fe位点上，可以实现甲烷到HCOOH的高效和选择性氧化。通过调整ZSM-5中的二氧化硅-氧化铝比例和Fe负载量来调控活性Fe物种的微环境，他们在80摄氏度的条件下，生产C1氧合物的周转频率（TOF）达到84200每小时，HCOOH的高选择性达到91%，生产率为383.2毫摩尔每gcat.每小时。这一结果超过了之前报道的所有在类似条件下的甲烷转化催化剂。

此外，通过结合各种表征和密度功能理论计算，他们发现Fe-O活性位点可以在ZSM-5的通道内的单核和双核Fe中心上通过H2O2解离产生。Fe-O活性位点可以促进甲烷C-H键的活化和裂解，从而促进甲烷通过甲醇和甲醛通过自由基途径连续氧化为甲酸，同时抑制过度氧化为CO2。

该研究为设计和构建温和条件下高效转化甲烷的晶格约束活性位点提供了一条新的途径。

论文标题为《Highly efficient conversion of methane to formic acid under mild conditions at ZSM-5-confined Fe-sites》。

来源：科技报告与资讯