在温和的条件下，在H₂O用O₂选择性地将CH₄氧化成CH₃OH或HCHO提供了一种期望的合成日用化学品的可持续途径。然而，在保持高生产率的同时操纵反应选择性仍然是一个巨大的挑战，这是因为难以对所需含氧化合物的形成进行动力学控制以防止其过度氧化。

近日，国家纳米科学中心唐智勇研究员首次提出了一种高效的策略，通过合理设计光催化剂来精确控制生成自由基的类型，以实现甲烷光氧化反应中CH₃OH和HCHO的高选择性和高生产率。

文章要点

1）通过调节Au/In₂O₃催化剂的能带结构和活性位点(即单个原子或纳米颗粒)的尺寸，显示了两种重要自由基∙OOH和∙OH的交替形成，这导致分别形成CH₃OH和HCHO的明显不同的反应路径。

2）在室温下光催化CH₄氧化3小时后，这种方法在In₂O₃负载的Au单原子(Au1/In₂O₃)上产生了显著的HCHO选择性和产率，分别为97.62%和6.09 mmol g^-1，在In₂O₃负载的Au纳米粒子(AuNPs/In₂O₃)上产生了优异的CH₃OH选择性和产率，分别为89.42%和5.95 mmol g^-1。

这项工作为通过复合光催化剂的精细设计实现高效和选择性的CH₄氧化开辟了新的途径。

参考文献

Yuheng Jiang, et al, Enabling Specific Photocatalytic Methane Oxidation by Controlling Free Radical Type, J. Am. Chem. Soc., 2023

DOI: 10.1021/jacs.2c13313

https://doi.org/10.1021/jacs.2c13313