在溶液相中进行CH₄选择性氧化制备高附加值化学品受到人们的广泛关注，这种方法具有反应条件温和并且操作简单方便的优势。Fe-ZSM-5是受到最广泛研究的材料，Fe-ZSM-5表现优异的本征催化活性和选择性，但是经典的Fe-ZSM-5制备方法通常只能得到非常有限的Fe催化位点，导致单位质量催化剂CH₄转化率非常低。

有鉴于此，阿卜杜拉国王科技大学韩宇（Yu Han）等报道一种简单的方法，这种合成方法无需使用有机模板剂，与经典合成方法得到的Fe-ZSM-5相比，这种合成方法具有更高的分散性，在CH₄催化氧化反应中表现优异的性能。

本文要点

（1）

这种方法构筑的骨架Fe容易通过热处理过程转化为分离的骨架外的Fe物种，因此制备得到的Fe-ZSM-5催化位点浓度是传统制备方法催化位点的3倍。使用0.5 M H₂O₂在75 ℃进行选择性CH₄转化，C₁氧化产物的产率达到纪录109.4 mmol g_cat^-1 h^-1，HCOOH选择性达到91.1 %，比相关报道结果更好。

（2）

通过光谱表征和DFT计算结果，说明Fe-ZSM-5的催化活性位点是[(H₂O)₃Fe(IV)=O]²⁺单核Fe物种，这种位点结构与传统Fe-ZSM-5的双核Fe位点不同。通过分析催化剂和产物变化，说明该反应是自由基过程，CH₄在单核Fe位点活化并转化为C₁氧化衍生物。

参考文献

Qingpeng Cheng, Guanna Li, Xueli Yao, Lirong Zheng, Junhu Wang, Abdul-Hamid Emwas, Pedro Castaño, Javier Ruiz-Martínez, and Yu Han*, Maximizing Active Fe Species in ZSM-5 Zeolite Using Organic-Template-Free Synthesis for Efficient Selective Methane Oxidation, J. Am. Chem. Soc. 2023

DOI: 10.1021/jacs.2c13351

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c13351