将甲烷电化学部分氧化为甲醇是将搁浅的甲烷资源转化为高价值、易于运输的燃料或化学品的一种很有前途的方法。过渡金属氧化物是这种转化的潜在电催化剂。然而，尚未实现甲烷活化速率和甲醇选择性对催化剂形态和实验操作参数的依赖性的全面系统研究。
在这里，加州大学洛杉矶分校Carlos G. Morales-Guio描述了一种电化学方法，用于沉积一系列薄膜过渡金属（氧）氢氧化物作为甲烷部分氧化的催化剂。
文章要点
1）CoOx、NiOx、MnOx和CuOx被发现对甲烷部分氧化成甲醇具有活性。以CoOx作为原型甲烷部分氧化电催化剂，系统地研究了活性和甲醇选择性对催化剂膜厚度、过电位、温度和电化学电池流体动力学的依赖性。低催化剂膜厚度、中间超电势、中间温度和快速甲醇传输的最佳条件被确定为有利于甲醇选择性。
2）通过控制实验和DFT计算的结合，表明沉积的（氧）氢氧化物催化剂膜的氧化形式即使在不施加偏置电位的情况下也对甲烷热氧化为甲醇具有活性，证明高价态转变金属氧化物对于在环境温度下将甲烷活化和氧化成甲醇具有内在活性。
3）计算表明，电催化氧化能够达到最佳电位窗口，其中甲烷活化形成甲醇和甲醇解吸在热力学上都是有利的，与氢氧根阴离子的竞争吸附有利于甲醇解吸。
参考文献
Kangze Shen, et al, Electrochemical Oxidation of Methane to Methanol on Electrodeposited Transition Metal Oxides, J. Am. Chem. Soc., 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c00441
https://doi.org/10.1021/jacs.3c00441
