作者:孙丹宁 来源: 中国科学报 发布时间:2023-9-26
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研究实现甲烷与氧气室温直接催化转化

 

本报讯(见习记者孙丹宁)中国科学院大连化学物理研究所研究员邓德会、副研究员于良团队在甲烷室温催化转化研究中取得新进展。他们发现,二维MoS2边硫空位限域的配位不饱和双Mo位点,可以在室温下催化甲烷与氧气高选择性转化为C1含氧产物。相关成果近日发表于《自然-催化》。

甲烷广泛存在于自然界中,可直接作为化石燃料,也可通过催化反应转化为更有价值的化学物质。通常来说,甲烷催化转化为其高值化利用提供了重要途径。然而,甲烷直接催化转化成高附加值化学品是世界性难题,被誉为化学领域的“圣杯”。这主要是由于甲烷的低极化率和高的C-H键能,使其转化通常需要高于600℃高温、强氧化剂或外场等苛刻的反应条件,但这很容易导致目标产物发生过度转化。利用廉价、绿色的氧气,在低温甚至室温下直接定向转化甲烷是一个“梦想反应”。然而,氧气分子极难在温和条件下持续形成可活化甲烷C-H键的活性氧物种,导致室温下甲烷与氧气直接催化转化极具挑战。

该工作中,团队通过模拟自然界中甲烷单加氧酶的双核金属中心,构筑了MoS2边硫空位限域的配位不饱和双Mo位点,实现了甲烷与氧气在室温下直接催化转化为C1含氧产物。相比于之前的报道,该催化体系可在25℃下实现甲烷与氧气一步直接转化为甲醇等C1含氧产物,甲烷的最高转化率可达4.2%。同时,C1含氧产物的选择性大于99%,有效抑制了二氧化碳的生成。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41929-023-01030-2

《中国科学报》 (2023-09-26 第1版 要闻)
 
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