JACS：等离子体-电催化耦合实现常温常压甲烷制甲醇

背景：传统甲烷制甲醇工艺通常需要高温高压，反应条件苛刻且选择性差。研究目的：开发一种在常温常压下高效、高选择性将甲烷转化为甲醇的新方法。结论：悉尼大学研究团队设计了一种混合等离子体-电催化系统，利用非热等离子体将甲烷预活化为甲基自由基（·CH₃），随后在镍基气体扩散电极上与电化学生成的吸附羟基（*OH）直接偶联生成甲醇。在40 mW等离子体功率和1.66 V电位下，甲醇法拉第效率高达94%，产率59.7 g/kWh，且系统在890小时连续运行中保持86%的平均法拉第效率。通过同位素标记、原位光谱、DFT计算和分子动力学模拟，证实了·CH₃是关键中间体，其在NiOOH表面与*OH的自发无势垒反应路径是高效选择性的关键。技术经济分析表明，通过提升电流密度可进一步降低成本，在可再生电力驱动下该路径具有显著的环境优势。