由于目前涉及两个步骤的商业甲烷（CH₄）重整过程具有高碳足迹和高能耗的特点。将CH₄直接氧化成甲醇（CH₃OH）和甲醛（HCHO）等更有用的单碳含氧分子，为进一步可持续化学工业提供了一条有效途径。

近日，国家纳米科学中心唐智勇研究员，广州大学韩冬雪教授报道了在室温下，以量子尺寸的BiVO₄（q-BiVO₄）纳米粒子作为光催化剂，氧气（O₂）为温和氧化剂，成功实现了高选择性光催化氧化甲烷转化为CH₃OH和HCHO。

文章要点

1）研究人员采用硬模板法制备了q-BiVO₄纳米粒子。通过均匀混合和煅烧得到了由BiVO₄包裹二氧化硅模板复合结构。在随后的水热反应中，二氧化硅被完全溶解，BiVO₄外壳破碎成量子大小的颗粒。透射电子显微镜（TEM）图像显示，获得的不规则聚集体由点形q-BiVO4颗粒（〜4.5 nm）组成，接近玻尔半径（2 nm），进而表明了强大的量子限制效应。

2）q-BiVO₄纳米粒子具有高动能和大比表面积的特点，从而有效地将CH₄转化为CH₃OH和HCHO。CH₃OH和HCHO的选择性可以通过改变O₂和溶剂（H₂O）的量、反应时间、辐照波长及其强度来调节。结果显示，该反应对甲醇的选择性高达96.6%，对甲醛的选择性为86.7%。此外，综合表征揭示了一种多步反应机理，在该反应机理中，羟基自由基活化甲烷决定了反应速率（RDS）。

参考文献

Fan, Y., Zhou, W., Qiu, X. et al. Selective photocatalytic oxidation of methane by quantum-sized bismuth vanadate. Nat Sustain (2021)

DOI：10.1038/s41893-021-00682-x

https://doi.org/10.1038/s41893-021-00682-x