太原理工大学左志军ACS Catal.：水分解促进质子耦合电子转移，实现甲烷选择性光氧化

背景：甲烷是天然气和煤层气的主要组分，但温和条件下直接制甲醛存在贵金属依赖、活性物种供给不足和选择性难以兼顾等问题。研究目的：构筑非贵金属光催化剂以实现甲烷选择性光氧化制甲醛，并阐明水分解在反应中的关键作用。结论：本研究成功构筑了富含氧空位的单原子Fe-ZnO光催化剂。单原子Fe与氧空位协同将水解离能垒由0.52 eV降至0.15 eV，持续提供质子并推动PCET介导的O2依次转化为•OOH、H2O2和•OH，并经甲醇中间体选择性生成甲醛。Fe0.05-ZnO实现了29.00 μmol h-1的甲醛产率和89.45%的选择性，产率为ZnO的4.12倍，且未检测到CO2。该工作从质子供给角度深化了甲烷光氧化机制，为非贵金属催化剂驱动C1资源温和、高值转化提供了设计思路。