在温和条件下直接将CH₄光转化为液态含氧化合物一直是一个巨大的挑战。

近日，中科大孙永福教授报道了设计了二维氧化物半导体通过产生丰富的活性O^-物种来活化甲烷的C−H键。

文章要点

1）研究人员以合成的ZnO纳米片为例，通过原位电子顺磁共振谱揭示了它们的晶格氧原子能够捕获光激空穴并产生活性的O⁻物种，从而有效地从CH₄中提取H生成·CH₃自由基。

2）吉布斯自由能计算和原位傅里叶变换红外光谱结果显示，限速步骤是第一个C−H键活化过程，而*CHO放热氧化生成HCOOH比吸热过氧化生成CO更容易，这是选择性生成液体含氧化物的原因。

3）结果表明，在50 °C左右的常压下，ZnO纳米片上液体含氧化合物的生成率达到2.21 mmol g⁻¹ h⁻¹，选择性为90.7%，优于以往报道的类似条件下的光催化剂。

参考文献

Shan Zhu, et al, Efficient Photooxidation of Methane to Liquid Oxygenates over ZnO Nanosheets at Atmospheric Pressure and Near Room Temperature, Nano Lett., 2021

DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c01204

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c01204