近期,，物理學(xué)院光驅(qū)動碳中和研究團(tuán)隊在光熱綠色甲醇生產(chǎn)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展,，相關(guān)工作“Continuous-flow photo-oxidation of methane to methanol at a reticular gas-solid interface”以河北大學(xué)為第一單位發(fā)表在《Nature Communications》。郝宇晨博士為論文的第一作者,，郝宇晨博士,、葉金花教授,、北京理工大學(xué)王博教授為共同通訊作者。

甲烷作為天然氣,、頁巖氣,、可燃冰等的主要成分，是一種儲量豐富的碳基資源,。將甲烷轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品（如甲醇）具有重大應(yīng)用價值,。傳統(tǒng)工業(yè)中，由甲烷制取甲醇需首先經(jīng)過蒸汽重整過程生產(chǎn)合成氣,，然后再將合成氣進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為甲醇,。然而，蒸汽重整過程通常需要在高溫,、高壓條件下進(jìn)行,，這不僅會消耗大量化石燃料，也會造成溫室氣體二氧化碳的大量排放,。開發(fā)甲烷直接氧化技術(shù),，實現(xiàn)溫和條件下高效、低能耗,、可持續(xù)的甲烷氧化制甲醇,，對克服傳統(tǒng)甲醇制備過程高能耗、高碳排放的弊端意義重大,。在這項研究中,，葉金花教授團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)鈀(Pd)、鐵（Fe）雙原子活性中心修飾的金屬有機(jī)框架（MOF）復(fù)合催化劑在太陽光照射下能夠以空氣為氧化劑,，將甲烷以接近100%的選擇性催化氧化為甲醇,，產(chǎn)率達(dá)到14.6mmol g^-1h^-1。原位表征和理論模擬表明,，單原子Pd位點能夠在光照下將氧氣高效催化還原為過氧化氫,，而臨近的Fe位點則能夠利用過氧化氫將甲烷催化轉(zhuǎn)化為甲醇。同時,，MOF多孔框架有效調(diào)控了活性位點周圍的催化微環(huán)境,，進(jìn)一步促進(jìn)了甲烷到甲醇的高效、高選擇性持續(xù)光催化轉(zhuǎn)化,。該催化劑能實現(xiàn)廉價量產(chǎn),，室外示范實現(xiàn)了自然光輻照下0.56mmol h^-1的甲醇產(chǎn)率,，顯示了該催化系統(tǒng)極高的應(yīng)用潛力。這項工作為設(shè)計廉價,、清潔,、高效甲烷選擇性氧化制甲醇提供了一條新的道路。

該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金,、河北省自然科學(xué)基金,、河北大學(xué)高層次引進(jìn)人才項目的資助以及河北大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院公共測試中心的大力支持。

文獻(xiàn)鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56180-7

（物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,、科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院供稿）