直接甲烷氧化制高附加值的C1化学品（如甲醛和CO）为在相对温和的条件下利用天然气资源提供了一条很有前途的途径。然而，由于比较容易形成不需要的完全氧化的CO₂，因此这种直接转化仍然面临着关键的选择性挑战。

有鉴于此，厦门大学王帅教授，华盛顿州立大学王勇教授报道了利用负载型B₂O₃型催化剂在相对温和的温度下进行甲烷选择性氧化。

文章要点

1）研究人员以硼酸(H₃BO₃)为硼源，采用湿法浸渍法制备了以Al₂O₃、SiO₂、ZnO、TiO₂和ZrO₂为载体，B₂O₃含量为20wt%的负载型B₂O₃催化剂。

2）结果表明，在所研究的条件下（O₂/CH₄=1.0和550 °C），这些氧化物载体本身对甲烷的活化没有活性，而所有含有20 wt%B2O3的负载型催化剂都选择性地将甲烷转化为HCHO和CO（94%，HCHO/CO比为1)，以及微量的所需CH₃OH和C₂产物(C₂H₄和C₂H₆)。

3）结合结构表征、动力学测量和同位素标记实验，研究人员确定了B₂O₃表面配位不饱和BO₃中心上的O₂分子是甲烷选择性氧化的关键氧化剂。

对甲烷在独特的B₂O₃表面的氧化机理的理解将启发下一代碳氢化合物选择氧化多相催化剂的设计。

Tian, J., Tan, J., Zhang, Z. et al. Direct conversion of methane to formaldehyde and CO on B₂O₃ catalysts. Nat Commun 11, 5693 (2020).

DOI：10.1038/s41467-020-19517-y

https://doi.org/10.1038/s41467-020-19517-y