中科院大连化物所邓德会/于良Nature Catalysis：甲烷与O2在室温下直接转化

直接使用廉价的O₂作为氧化剂，在低温下将甲烷（CH₄）转化为增值化学品，为甲烷的利用提供了一条理想的途径，但由于甲烷的化学惰性和O₂的低活性，这仍然是一个很大的挑战。

基于此，中国科学院大连化学物理研究所邓德会研究员和于良副研究员等人报道了在25 °C的富边MoS₂催化剂上实现甲烷与O₂直接转化为C1氧合物的人工过程，该过程实现了4.2%的甲烷转化率和超过99%的C1氧合物选择性。

通过密度泛函理论（DFT）计算，作者研究了O₂在MoS₂催化剂上转化CH₄的活性位点的性质。

结果表明，SVs的钼（Mo）位点表现出较高的O₂活化活性。以三重SVs为例，当生成Mo=O*物种时，两个O₂分子在SVs的Mo位点上的解离吸附是强吸能的，自由能变化为-10.81 eV。第三个O₂的解离吸附形成O-Mo=O*物质需要1.11 eV的高活化能，在动力学上是不利的。当使用显水层引入水溶剂化效应时，在水氢键的稳定作用下，明显促进了第三O₂的解离吸附，活化能显著降低0.70 eV，形成水稳定的O=Mo=O*物种。

MoS₂边缘SVs上Mo位点独特的几何和电子结构，使其在水环境中对O₂具有较高的活化活性，形成O=Mo=O*物种。对比Mo=O*和O-Mo=O*，O=Mo=O*具有更高的CH₄活化活性，其所需的活化能为0.70 eV，明显低于Mo=O*和O-Mo=O*的2.02 eV和1.09 eV，表明水通过形成O=Mo=O*活性中心促进CH₄转化的重要作用。

在其他所有CH₄转化条件不变的情况下，反应体系中几乎没有检测到产物。O=Mo=O*的活性较高是由于在没有水的情况下，与Mo=O*和O-Mo=O*的能级相比，O=Mo=O*的能级在费米能级附近的电子密度明显更高。

Direct conversion of methane with O₂ at room temperature over edge-rich MoS₂. Nat. Catal., 2023, DOI: 10.1038/s41929-023-01030-2.

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中科院大连化物所邓德会/于良Nature Catalysis：甲烷与O2在室温下直接转化

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