H₂O₂作为一种众所周知的高效氧化剂，在化学工业中广泛使用，主要是因为它被均质裂解为•OH（更强的氧化剂），然而其始终会产生O₂，从而降低了H₂O₂的利用率。

近日，中国石油大学（华东）吴明铂教授，吴文婷教授报道了通过一步热解法制备了一种具有Fe-N_x活性位点和石墨烯包裹的Fe/Fe₃C纳米粒子的FeN_x/C催化剂，并通过Fe-咪唑配合物（Fe-ZIF，Fe源）和三聚氰胺（氮源，稳定Fe原子和平衡Fe含量）在不同温度下对这些活性位点进行了微调。这些催化剂可用于在温和的条件下（室温和大气压下）在存在H₂O₂的情况下将甲烷直接转化为含氧产物。

文章要点

1）优化后的催化剂（FeNx/C5-700）转化率可达18%，液态含氧产物选择性在96%左右（甲酸选择性在90%以上，4659 mol g_cat^-1）。同时，抑制了O₂的产生（68%），大大提高了了H₂O₂的利用率。

2）一系列表征结果显示，Fe-N_x可促进H₂O₂均质裂解为•OH，并用于甲烷进一步转化，而合适的Fe/Fe₃C纳米颗粒由于其良好的电子传输能力可以极大地促进这一过程。而进一步调节各种铁物种则会导致具有更多电子的Fe/Fe₃C纳米粒子（以Fe(0)为主要成分），从而促进O₂的生成和抑制•OH的生成。

这一发现为合理设计催化剂有效利用H₂O₂及其在选择性氧化反应中的应用提供了指导。

参考文献

Yicheng Xing, et al, Fe/Fe₃C boost H₂O₂ utilization for methane conversion overwhelming O₂ generation, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202016888

https://doi.org/10.1002/anie.202016888