通过光催化过程将甲烷以较高的产率和选择性转化为甲醇是个非常大挑战的过程，这是因为光催化反应过程难以避免过渡氧化导致。

有鉴于此，日本国立材料研究所叶金花、中科院武汉物理与数学研究所冯宁东等报道发展了一种较高选择性通过光催化进行甲烷转化为甲醇的方法，在Ag修饰的TiO₂光催化剂上，当TiO₂的暴露晶面主要为{001}，实现了持续的甲烷催化转化制备甲醇，产率达到4.8 mmol g^-1 h^-1，甲醇的选择性达到80 %。

该光催化反应的结果比相关报道使用的{101}暴露晶面TiO₂的性能更好，而且比其他相关报道的催化剂效果更好。

本文要点：

（1）

通过Operando红外光谱表征、ESR、NMR等表征技术对该反应的机理进行深入理解，发现光催化激发生成的氧空穴起到非常关键的催化反应作用，在TiO₂ {001}晶面，氧空穴位点通过特定反应过程得以避免生成·CH₃、·OH，并且因此避免甲烷的过渡氧化。

（2）

在TiO₂ {001}晶面上生成的氧空穴以特定中间体进行反应：氧空穴→Ti-O₂·→Ti-OO-Ti和Ti-(OO)→Ti-O·自由基对，通过这种比较特殊的反应过程，在TiO₂ {001}晶面上CH₄光催化氧化反应生成CH₃OH的过程实现了更高的选择性。

参考文献

Feng, N., Lin, H., Song, H. et al. Efficient and selective photocatalytic CH₄ conversion to CH₃OH with O₂ by controlling overoxidation on TiO₂. Nat Commun 12, 4652 (2021).

DOI: 10.1038/s41467-021-24912-0

https://www.nature.com/articles/s41467-021-24912-0