直接将甲烷转化为高附加值化学品具有非常大的挑战，这是因为需要发展同时能够实现高反应活性和高选择性的C-H键活化催化剂。

有鉴于此，北海道大学叶金花教授、Hui Song等报道发展了一种高效率和高选择性的氧化甲烷氧化为乙烷的流动相光催化方法，通过Au纳米粒子担载于ZnO/TiO₂催化剂，以流动相方式进行催化反应，实现了5000 μmol g^-1 h^-1产率和90 %的乙烷选择性。

本文要点：

（1）

通过这种催化剂进行催化反应，在甲烷的转化率为0.13 %时，实现了5000 μmol g^-1 h^-1产率和90 %的选择性，效果比以往报道的高性能催化剂提高了一个数量级。通过详细的表征和理论计算结果，发现ZnO和TiO₂之间形成异质结构导致提高光催化反应活性，同时由于催化剂中的主要组成部分ZnO催化氧化能力较弱，因此保证较高的反应选择性。

（2）

DFT计算模拟结果发现，Au-ZnO/TiO₂催化剂上能够在光照条件中非常容易生成氧空穴位点，因此能够降低吸附能和活化能、促进O₂解离，改善CH₄氧化反应。Au助催化剂能够促进甲基（CH₃）物种脱附生成气相CH₃·偶联反应生成C₂H₆，抑制CH₄氧化为OCH₃生成CO₂。

这种光催化反应过程能够避免传统热催化反应方法中成本过高的问题，但是这种光催化反应中面临的一个挑战在于难以将反应中生成的乙烷从反应物中分离。

参考文献

Song, S., Song, H., Li, L. et al. A selective Au-ZnO/TiO₂ hybrid photocatalyst for oxidative coupling of methane to ethane with dioxygen. Nat Catal (2021).

DOI: 10.1038/s41929-021-00708-9

https://www.nature.com/articles/s41929-021-00708-9