近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的研究團隊發(fā)現(xiàn)二維Ru納米片邊緣晶格限域的Cu位點，可以在室溫下直接催化甲烷與雙氧水反應(yīng)，高效轉(zhuǎn)化為甲醇和甲基過氧化氫等高附加值化合物。相關(guān)研究成果發(fā)表于《化學(xué)·催化》雜志。

甲烷廣泛存在于天然氣、頁巖氣和可燃冰等礦產(chǎn)資源中，溫和條件下甲烷直接轉(zhuǎn)化制高附加值化學(xué)品是能源催化領(lǐng)域的研究熱點之一。然而，甲烷分子的四面體高對稱性以及低極化率使得甲烷分子非常穩(wěn)定，其在溫和條件下催化活化和轉(zhuǎn)化非常困難。二維金屬納米晶具有高的比表面積和豐富的配位不飽和位點，可作為一種優(yōu)異的基底材料來構(gòu)建限域配位不飽和活性位點用于活化甲烷。然而，二維金屬納米晶的可控制備及其限域位點配位環(huán)境的精確調(diào)控具有挑戰(zhàn)。

該研究團隊在對C—H鍵活化以及低溫活化甲烷的研究基礎(chǔ)上，利用貴金屬誘導(dǎo)還原生長機制，制備晶格限域Cu原子的二維Ru納米片，在室溫條件下催化甲烷和雙氧水反應(yīng)，高選擇性地轉(zhuǎn)化為C1含氧化合物，生成速率最高可達1 533 mmol/(g·h)，選擇性超過99%。

該研究團隊結(jié)合譜學(xué)表征和密度泛函理論計算，發(fā)現(xiàn)限域在Ru納米片邊緣的Cu原子能夠活化雙氧水產(chǎn)生活性氧物種，從而以較低的活化能解離甲烷分子的C—H鍵，通過自由基機理將甲烷在室溫下催化轉(zhuǎn)化為甲基過氧化氫和甲醇等含氧化合物。

該研究拓展了晶格限域配位不飽和活性中心催化甲烷低溫轉(zhuǎn)化的范圍，可為設(shè)計新型高效甲烷低溫轉(zhuǎn)化催化劑提供借鑒。