大连化物所侯广进团队Angew：构建Na–Auᵟ⁻界面实现可控原位H₂O₂生成促进甲烷选择性羟基化

本文报道了中国科学院大连化学物理研究所侯广进团队的研究成果，旨在解决甲烷温和条件下选择性羟基化的难题。研究背景指出，甲烷因其稳定的结构和高C-H键能，在转化中极易过度氧化为CO₂，传统方法依赖外加H₂O₂，成本高且选择性难控。研究目的为通过构建新型催化剂界面，实现H₂O₂和活性氧物种的原位可控生成，以同时提高甲烷转化效率和产物选择性。研究基于片层MOR分子筛构筑了Na–Auδ⁻界面催化剂Au/1.2Na-MOR(NS)。实验表明，在150 °C及CH₄/O₂/CO/H₂O温和条件下，该催化剂实现了甲烷近100%选择性氧化，含氧化合物产率达2.02 mmol·gcat⁻¹·h⁻¹。结论揭示，Na–Auδ⁻界面通过Na诱导的电子转移，一方面降低了甲烷C–H键活化能垒，促进了初始活化；另一方面优化了O–O键断裂与H₂O解离动力学，促进了H₂O₂和·OH的可控原位生成，有效抑制了深度氧化。反应路径为·OH活化甲烷生成·CH₃自由基，后者分别与·OH和吸附态CO偶联，定向生成甲醇与乙酸。该工作为甲烷低温直接转化提供了新材料设计和机制创新的新思路。