leyu手机登录：我国科大使用金属-载体协同机制完结甲烷高选择性制乙酸

来源：leyu手机登录    发布时间：2025-10-26 05:53:50

　　近来，我国科学技术大学曾杰教授团队在甲烷选择性氧化制乙酸研讨中获得重要发展。在本研讨中，研讨人员报导了一种富含钠改性骨架铝结构单元（Si–ONa–Al）的分子筛负载铁催化剂，该催化剂在水中以过氧化氢为氧化剂，并在一氧化碳存鄙人将甲烷氧化为乙酸。详细而言，该催化剂中的钠改性骨架铝结构单元能够向铁物种供给电子，构成富电子铁活性位点。这些富电子铁活性位点促进了一氧化碳刺进，并经过甲基中间体与一氧化碳的碳-碳偶联增强了乙酸的生成。在50摄氏度反响2小时的条件下，该催化剂的含氧产品总量为144.1微摩尔，其间乙酸选择性达到了81.8%，这一效果显着优于未改性分子筛负载铁催化剂（含氧产品总量为131.4微摩尔，乙酸选择性为58.4%）。相关效果以“The Importance of Si─ONa─Al Moieties in Fe/ZSM-5 Zeolite Catalysts for Selective Oxidation of Methane to Acetic Acid”为题发表于《德国应用化学》杂志（Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202511056）。

　　甲烷固有的化学慵懒使其选择性氧化制取乙酸成为催化范畴的严重应战。传统工业乙酸组成首要依靠甲醇羰基化道路（如孟山都/卡提瓦工艺），存在能耗高、环境担负大的问题。因而，开发能够在必定程度上完结甲烷直接经碳-碳偶联高效转化制乙酸的新式催化系统含义严重。分子筛负载金属催化剂因其可调变的酸性位点而十分重视。其间，布朗斯特酸位点在甲烷活化和碳-碳偶联中的两层效果已被广泛研讨；但是，路易斯酸位点（如钠改性骨架铝结构单元）在甲烷直接氧化中的效果机制此前没有清晰。有必要留意一下的是，钠作为电子促进剂，在费托组成和烯烃氢甲酰化等进程中，可经过调理活性金属中心的电子态有用促进一氧化碳活化和碳-碳偶联。由此，研讨人员提出假定：钠改性骨架铝结构单元或许经过与附近金属中心的电子相互效果，安稳贱价态金属活性物种，然后协同促进一氧化碳活化与碳-碳偶联，完结高效的甲烷选择性氧化制乙酸。

　　富含钠改性骨架铝的分子筛负载铁催化剂在低温甲烷氧化制乙酸反响中展现出优异功能。该催化剂在50摄氏度下完结了比未改性催化剂更高的反响活性，且在多轮循环中能安稳坚持活性和选择性（图1）。结合谱学表征、原位漫反射红外光谱试验和理论核算，研讨人员发现富含钠的改性骨架铝能向铁物种供给电子，构成富电子铁活性位点。这些富电子位点显着降低了甲基中间体与一氧化碳在铁位点上经碳-碳偶联构成乙酰基中间体的反响能垒，然后有用促进了乙酸的组成（图2）。本作业成功开发了一种用于甲烷选择性氧化制乙酸的高效催化剂，并深化提醒了驱动该进程的金属活性位点与分子筛载体间协同效果机制。

　　该项研讨遭到科技部、国家自然科学基金委、我国科学院等项目赞助。曾杰教授、吴博特任副研讨员为该论文的通讯作者，博士生赵新宇、博士后殷海边为论文的一起榜首作者。