IT之家 11 月 2 日消息，中國科學技術大學教授曾杰團隊研發(fā)出了一種分子篩負載的金-鐵雙金屬催化劑，在低溫甲烷氧化制乙酸研究方面取得進展。
據(jù)介紹，這一催化劑在水中以氧氣為氧化劑，并在一氧化碳存在下將甲烷氧化為乙酸。該研究為低溫下將甲烷氧化為乙酸提供了高效催化劑，并深化了科學家對氧化劑作用的認知。相關研究成果已發(fā)表在《德國應用化學》上（IT之家附 DOI:10.1002/ani.202412995）。
具體而言，金納米粒子催化一氧化碳，氧氣和水生成活性羥基物種，而原子級分散的鐵物種促進羥基介導的甲烷氧化和碳-碳偶聯(lián)過程，從而生成乙酸。在 120℃反應 3 小時的條件下，分子篩負載的金-鐵雙金屬催化劑實現(xiàn)了 5.7 毫摩爾每克的乙酸收率，液相產(chǎn)物中乙酸選擇性達到 92%。同時，該催化劑在 60℃依然表現(xiàn)出活性。因此，羥基介導的策略在乙烷氧化制丙酸和丙烷氧化制丁酸中具有應用前景。
由于甲烷的化學惰性和氧氣的低活性，在低溫下以氧氣氧化甲烷制乙酸面臨挑戰(zhàn)。該研究在甲烷和氧氣體系內(nèi)引入一氧化碳為乙酸合成提供了新路線。
在該反應中，一氧化碳作為還原劑、配體和反應物的作用已被認識。然而，這些催化劑通常需在 150℃左右實現(xiàn)甲烷氧化制乙酸，在較低溫度時幾乎沒有乙酸生成。
目前，在低溫下將甲烷氧化為乙酸通常依賴于強氧化劑的使用，如過氧化氫或過硫酸鉀與三氟乙酸的混合物。因此，探討一氧化碳及溶劑水的其他作用以實現(xiàn)低溫下氧氣氧化甲烷制乙酸具有重要意義。
分子篩負載的金-鐵雙金屬催化劑在 60℃至 120℃下實現(xiàn)了甲烷氧化制乙酸，且該催化劑能夠被多次循環(huán)使用。同位素標記實驗、捕獲實驗、分段實驗、順磁共振、高分辨質(zhì)譜和原位漫反射紅外結(jié)果表明，一氧化碳在水存在下輔助氧氣活化為活性羥基物種。同時，隨即生成的活性羥基物種介導甲烷氧化并與一氧化碳發(fā)生碳-碳偶聯(lián)生成乙酸。
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