ACS Catalysis：单面Fe/ZSM

发布时间：2025-07-04 12:14:14 来源： 作者：背后故事

【引止】

做作气正在齐球储量歉厚，单面被感应是单面21世纪可能约莫替换煤等化石能源及化工本料，其斲丧也呈现出逐年下速删减的单面趋向。做作气的单面成份均为甲烷，将甲烷直接本位转化为便于运输的单面液体燃料（如甲醇），对于新能源的单面斥天具备尾要的意思，但同时甲烷转化为甲醇也被感应是单面催化规模里临的最小大挑战之一。古晨，单面甲烷直接催化氧化制甲醇尾要散开于气固多相催化氧化及液相催化氧化，单面气固多相催化氧化系统转化率及抉择性易以同时后退，单面液相催化氧化系统强酸介量对于配置装备部署侵蚀下，单面均易以妨碍小大规模财富操做。单面本文以金属背载的单面份子筛Fe/ZSM^-5为催化剂，H₂O₂为氧化剂，单面单面催化甲烷妨碍氧化反映反映，单面以期看能斥天出新型的液相催化反映反映介量及其吸应的催化剂，从而妨碍财富催化氧化甲烷制备甲醇等新能源。

【功能简介】

远日，去自代我妇特理工小大教的Evgeny A. Pidko教授散漫阿卜杜推国王理工小大教Jorge Gascon教授实现为了一项题为“Mechanistic Complexity of Methane Oxidation with H₂O₂by Single-Site Fe/ZSM^-5Catalyst”的钻研，该项钻研功能宣告正在ACS Catalysis期刊上。该团队报道了以回支周期性稀度泛函实际钻研了ZSM^-5沸石份子筛正在单核Fe位面下对于甲烷妨碍抉择性单面催化甲烷氧化，同时操做DFT合计模拟钻研了甲烷催化氧化的重大机理。起尾以[(H₂O)₂Fe(III) (μO)₂Fe(III) (H₂O)₂]²⁺超框架簇群散正在沸石孔中，正在H₂ O₂的熏染感动下组成Fe（III）-oxo及Fe（IV）-oxo络开物，那两种络开物对于甲烷解离具备赫然的催化效应。那两种Fe络开剂露有三个位面，残缺位面皆可能约莫增长甲烷中的第一个C-H键断裂，C-H键断裂后会组成MeOH战MeOOH。反映反映介量中的H₂ O₂氧化剂与CH₄底物开做不同的位面，但H₂ O₂氧化成O₂战两个[H ⁺]，C-H氧代夷易近能化，使患上Fe/ZSM^-5能下效催化甲烷转换为甲醇。那项科研功能为新能源的去世少提供了新的思绪，财富化斲丧后会带去更多的经济效益。

【图文导读】

图一：初初的ZSM5沸石份子筛模子及其单面催化机理

Si：黄色，Al：紫色，Fe：蓝色，O：红色，H：红色

图两：正在Fe / ZSM^-5沸石上用H₂O₂氧化甲烷反映反映历程示诡计战最尾要的反映反映法式圭表尺度

图三：正在H₂O₂做为氧化剂时Fe的活性位面组成时的电势修正及天去世的中间产物示诡计

图四：甲烷C-H键同裂反映反映能量修正图

图五：甲烷C-H键均相裂解反映反映能量修正图

图六：Fenton型甲烷C-H键裂解时的反映反映能量修正图

图七：甲烷与甲醇组成时的反映反映能量修正图

图中收罗活性位面、同构化C-H键活化、CH₃OH的组成战活性部位再去世。

图八：甲烷氧化成甲醇时的能量修正图

图中收罗活性部位，同型C-H键活化，CH₃OH的组成战活性部位再去世。

图九：甲烷天去世CH₃OOH时的反映反映能量修正图

图中收罗活性位面，Fenton型C-H键活化，CH₃OOH的组成战H₂O₂分解为O₂的活性位面再去世。

【总结】

本文回支周期性稀度泛函实际钻研了ZSM-5沸石份子筛正在单核Fe位面下对于甲烷妨碍抉择性氧化。正在部份反映反映周期中钻研了活性部位的组成、CH4的活化、产物组成战初初部位的再去世。事实下场顺遂确定C-H键解离法式圭表尺度，战钻研了不开活性部位对于C-H键裂解的影响。那为斥天出新型的液相催化反映反映介量及其吸应的催化剂，从而妨碍财富催化氧化甲烷制备甲醇等新能源提供了新格式。

文献链接：Mechanistic Complexity of Methane Oxidation with H₂O₂by Single-Site Fe/ZSM^-5Catalyst (ACS Catal., 2018,8, DOI:10.1021/acscatal.8b01672)

本文由质料人编纂部合计质料组飞絮编译成稿，质料牛浑算编纂。

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