甲烷在温和条件下转化为高附加值化学品或燃料是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，在温和条件下活化甲烷仍然具有挑战性。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。

有鉴于此，中科院大连化物所邓德会研究员和Liang Yu等人，报道了在ZSM-5纳米通道内原子分散的Fe位点上高选择性和高效的甲烷转化为甲酸的能力。

本文要点

1）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，在80摄氏度的条件下，生产C1氧合物的周转频率（TOF）达到84200 h⁻¹，HCOOH的高选择性达到91%，超过了之前报道的所有在类似条件下的甲烷转化催化剂。

2）通过表征和密度功能理论计算，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。

总之，该工作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种新的思路。

参考文献：

Kaixin Zhu et al. Highly efficient conversion of methane to formic acid under mild conditions at ZSM-5-confined Fe-sites. Nano Energy, 2021.

DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105718

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105718