在温和条件下将甲烷直接转化为易于凝聚的含氧能源载体是页岩气分散转化的关键。近日，太平洋西北国家实验室Johannes A. Lercher等多团队合作，通过阳离子交换和200℃氧气中氧化反应合成了在NU-1000 MOF节点处具有单核铜和双核铜的催化剂。实验发现，在150-200℃条件下，Cu交换的MOFs可以选择性地将甲烷转化为甲醇。在150°C和1bar甲烷下，大约1/3的铜中心参与了甲烷转化为甲醇的过程。将甲烷压力从1bar提高到40bar，甲醇产率提高3-4倍，选择性从70%提高到90%。DFT计算表明，不同Cu位点上的反应途径能够将甲烷转化为甲醇，而氧铜位的自由能势垒要低得多。进一步原位X射线吸收光谱和密度泛函理论对化学计量学活性的研究发现，在200℃活化后形成的脱水双核氧铜位点是高活性中心。
Jian Zheng, Jingyun Ye, Johannes A. Lercher*, et al. Selective Methane Oxidation to Methanol on Cu-oxo Dimers Stabilized by Zirconia Nodes of NU-1000 Metal–Organic Framework. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b02902
