目前认为，利用分子氧（O₂）和氢气（H₂）直接氧化甲烷（DOM）是由原位生成的H₂O₂或自由基（•OH）引发的。然而，长期以来人们一直忽视由O2和H₂原位形成的DOM表面羟基的作用。

在此，江南大学Yang Lou，华东理工大学Xiao-Ming Cao，中科院大连化物所Bing Yang提供实验证据，证明在钛硅酸盐负载的涂有超薄N掺杂碳的单Pd原子（Pd₁/TS-1@CN）催化剂上使用H₂和O₂进行的DOM以表面羟基而不是H₂O₂或游离•OH为主。

文章要点

1）Pd原子与涂层吡咯氮之间的直接键合增强了Pd₁和框架氧的键合强度，形成独特的N₁–Pd₁–O₂构型，大大提高了孤立Pd活性位点的稳定性及其从H₂和O₂稳定生成表面羟基的能力。

2）因此，Pd₁/TS-1@CN的液态含氧化合物产率为647 μmol•g_cat⁻¹•h⁻¹，在15°C时选择性为100%，并且在30个循环中保持高稳定性且无活性损失。

关于DOM中表面羟基的催化作用及其稳定策略的研究为在温和反应条件下使用O₂设计用于DOM的先进催化剂开辟了一条新途径。

参考文献

Baiyang Yu, et al, Surface Hydroxyl Group Dominating Aerobic Oxidation of Methane below Room Temperature, Energy Environ. Sci., 2024

DOI: 10.1039/D4EE03508A