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       近日，中科院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室鄧德會研究員和包信和院士帶領的研究團隊，在長期深入研究二維催化材料和納米限域催化的基礎上，發現石墨烯限域的單原子鐵中心可以在室溫條件下(25℃)直接將甲烷催化轉化為高附加值的C1含氧化合物。相關研究結果發表于《化學》。   
        甲烷是天然氣、頁巖氣、可燃冰的主要成分，甲烷轉化成高附加值的燃料或化學品是世界能源經濟的迫切需求。然而，甲烷是最穩定的烷烴分子，具有高度的四面體對稱性，其電離能高、不具有電子親和性、沒有永久電偶極矩且極化率低，其C-H鍵的鍵能高達434 KJ/mol，極難在溫和條件下活化。因此，甲烷的選擇活化和定向轉化一直是世界性的難題，為了克服高的反應能壘，甲烷的轉化往往需要在高的反應溫度(600~1100℃)下進行，如何降低反應溫度，將對其基礎研究和工業應用具有重要意義。
        研究團隊在前期研究二維催化材料溫和條件下活化C-H鍵的基礎上，經過長達6年的努力，設計出一系列石墨烯限域的3d過渡金屬中心(錳、鐵、鈷、鎳、銅)催化材料，發現石墨烯限域的單鐵中心在室溫條件下，以雙氧水為氧化劑，可以直接將甲烷催化轉化為C1含氧化合物。
        科研人員借助高分辨液體核磁共振波譜和飛行時間質譜原位表征等手段，發現石墨烯限域的單鐵中心可以將甲烷直接轉化為CH3OH，CH3OOH，HOCH2OOH和HCOOH等C1含氧化合物。進一步結合DFT理論計算發現，甲烷的轉化遵從自由基的反應路線，反應過程中原位生成的O-FeN4-O具有高的活性，可以將甲烷通過自由基首先轉化為CH3OH和CH3OOH，生成的CH3OH會進一步被轉化成HOCH2OOH和HCOOH。
       專家認為，該工作不僅為溫和條件下甲烷轉化高效催化劑的設計提供了新思路，也極大地鼓舞了甲烷催化轉化領域的發展。