甲烷与氧气的光催化氧化偶联有望获得有价值的多碳产物，但反应活性较低。
2024年11月15日，中国石油大学（北京）赵震教授在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Electronic asymmetry of lattice oxygen sites in ZnO promotes the photocatalytic oxidative coupling of methane》的研究论文。
在这里，作者基于晶格氧的电子不对称设计，对氧化锌负载的金催化剂进行铈修饰，以提高偶联活性。
甲烷转化率超过16000 μmol g-1 h-1，多碳选择性为94.9%，催化耐久性为3天，在更多热辅助下可提高到34000 μmol g-1 h-1，乙烷的周转频率为507 h-1，350 nm处的表观量子效率为33.7%。
根据系统表征和理论分析，铈掺杂剂不仅可以促进活性氧的形成，还可以通过控制金属-氧键强度来干预晶格氧的活性，从而促进有利的甲基解吸形成乙烷和快速释放水。
这项工作为有氧甲烷转化为乙烷的高效光催化剂的合理设计提供了见解。
图1：制备光催化剂的结构和电子表征
图2：光催化OCM性能评估
图3：光催化OCM反应的密度泛函理论（DFT）研究
Sun, M., Chen, Y., Fan, X. et al. Electronic asymmetry of lattice oxygen sites in ZnO promotes the photocatalytic oxidative coupling of methane. Nat. Commun. 15, 9900 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-54226-w.
