近日，biwn必赢王野教授同苏黎世联邦理工学院Christophe Copéret教授合作，在甲烷选择氧化制甲醇领域取得重要进展，相关成果以“Selective oxidation of methane to methanol over Au/H-MOR”为题在线发表于国际学术期刊《Journal of the American Chemical Society》（DOI:doi.org/10.1021/jacs.3c04260）。
甲烷作为天然气、页岩气、可燃冰等的主要成分，是一种储量丰富的碳基能源/资源。将甲烷转化为高附加值化学品既具有重大应用背景又具有重要学术意义。直接以氧气为氧化剂，将甲烷选择氧化为甲醇等液态化学品极具吸引力。但由于甲烷分子化学上极为惰性，而甲醇等目标产物相较于甲烷更为活泼，往往导致产物极易被过度氧化。甲烷活化和选择性官能团化极具挑战性，被视为化学领域的“圣杯”。水相中甲烷选择氧化制含氧化合物因反应条件温和、产物选择性易于调控的优势受到人们的广泛关注。近年来，在还原性气体（H2、CO等）存在下，以氧气直接为氧化剂的甲烷选择氧化制甲醇研究取得了诸多进展，但依然存在甲烷转化速率低、甲醇选择性低、催化剂体系复杂等问题。
该研究工作设计了一种丝光沸石（H-MOR）分子筛负载Au纳米粒子（Au/H-MOR）催化剂，首次成功实现了以O2为氧化剂、通过单一负载金属催化剂而无需其他助催化剂的甲烷到甲醇的高选择性转化。在反应温度为150 oC时，在CO辅助下水相中甲烷转化为甲醇的生成速率高达1300 μmol gcat−1 h−1，选择性达75%，且甲醇在液相含氧化合物中的选择性高达94%。反应机理研究证实，水相中在CO作用下，O2可被还原活化为过氧物种以及羟基自由基（•OH），进而活化甲烷生成甲醇。甲醇氧化实验、甲醇吸附液体核磁以及理论计算表明，Au/H-MOR催化剂对产物甲醇的弱吸附可以有效避免甲醇的过度氧化，从而实现甲醇的高选择性。该结果为发展甲烷选择氧化制甲醇新催化体系提供了新思路。
该研究工作在biwn必赢王野教授、瑞士苏黎世联邦理工学院Christophe Copéret教授和周伟博士的共同指导下完成，biwn必赢2018级博士生王旺阳、2017级周伟博士（现为苏黎世联邦理工博士后）和2020级硕士生汤雨辰为共同第一作者。2019级本科生吴方威参与部分测试与表征工作。张庆红教授在实验设计和数据分析方面提供指导。成康教授参与了论文数据分析。浙江大学曹伟成博士与瑞士苏黎世联邦理工学院博士生Scott R. Docherty在液体核磁与理论计算方面提供帮助。研究工作得到科技部重点研发计划项目（No. 2022YFA1504500），国家自然科学基金项目（No. 92145301、22121001、91945301、22222206、21972116）的支持。
论文连接：https://doi.org/10.1021/jacs.3c04260
