该工作以典型的FeNx/C碳基材料为研究模型，揭示了不同铁活性物种的电子态对H2O2均裂产•OH的影响和机制，成功实现常温常压下高效高选择性氧化甲烷制备甲酸等含氧液体产物。结合DFT理论计算和试验结果表明：FeNx/C催化剂中低自旋态Fe-Nx位点是产生•OH的活性位点，Fe/Fe3C结构中的Fe3C电荷密度适中，促进H2O2均裂并高效生成•OH；Fe/Fe3C结构中的Fe单质电荷密度高，易促进H2O2异裂生成氧化能力低的O2，造成H2O2浪费。
通过精确控制FeNx/C碳基光催化剂内部FeNx的自旋态和Fe/Fe3C的含量，H2O2有效利用率（G factor）达到0.58，O2抑制效率达到68%；常温常压下，甲烷转化率高达18%，液体产物选择性达到96%，其中主要产物甲酸产率可达4659 μmol·gcat-1，选择性可达90%。目前为止，此结果是已有报道的常温常压下H2O2光催化体系中选择性氧化甲烷制备甲酸的最高活性。
Yicheng Xing, Zheng Yao, Wenyuan Li, Wenting Wu,* Xiaoqing Lu, Jun Tian, Zhongtao Li,Han Hu and Mingbo Wu.* Fe/Fe3C boost H2O2 utilization for methane conversion overwhelming O2 generation. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 8889-8895
文章链接： https://doi.org/10.1002/anie.202016888
