Na-Au界面工学によりメタン酸化の高選択性を実現 (Scientists Achieve Near-Quantitative Selectivity for Methane Oxidation via Na-Auδ?? Interfacial Engineering)

2026-05-27 中国科学院(CAS)

中国科学院大連化学物理研究所(DICP)の侯広進教授と高攀教授らの研究チームは、メタンをメタノールや酢酸などの含酸素化合物へ高選択的に変換する新たな触媒を開発した。研究では、モルデナイト(MOR)ナノシート上にナトリウムと負電荷を帯びた金(Na–Auδ⁻)の界面構造を形成し、電子的微小環境を精密に制御した。この触媒(Au/1.2Na-MOR(NS))は、150℃という比較的穏和な条件下で、CH₄/CO/O₂/H₂O混合系から生成する含酸素化合物に対してほぼ100%の選択率を達成し、生産性は2.02 mmol·gcat⁻¹·h⁻¹に達した。研究により、反応中にその場生成される過酸化水素(H₂O₂)がメタン活性化に重要な役割を果たすことも明らかになった。本成果は、天然ガスの主成分であるメタンを高付加価値化学品へ効率的に転換する新たな手法を示し、選択的酸化反応の制御や低炭素型化学プロセスの発展に貢献することが期待される。

Na-Au界面工学によりメタン酸化の高選択性を実現 (Scientists Achieve Near-Quantitative Selectivity for Methane Oxidation via Na-Auδ?? Interfacial Engineering)
Selective methane conversion to methanol and acetic acid via ·OH/CH₃ radical coupling enabled by Na–Auδ⁻ interfacial sites that generate H₂O₂ and ·OH (Image by LI Xianquan)

<関連情報>

制御されたその場でのH₂O₂生成によるO₂を用いた選択的メタン水酸化を促進するためのNa–Au δ−界面の設計 Engineering Na–Auδ− Interfaces for Enhancing Selective Methane Hydroxylation With O2 via Controlled In Situ H2O2 Generation

Xianquan Li, Weibin Xu, Jian Zhao, Yi Ji, Aijing Hao, Yujia Zhao, Haohan Li, Lin Li, Pan Gao, Xiaodong Wang, Guangjin Hou
Angewandte Chemie International Edition  Published: 05 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/anie.202525250

ABSTRACT

The selective oxidation of methane (CH4) to value-added oxygenates (e.g., methanol, acetic acid) under mild conditions remains a pivotal yet formidable challenge in catalysis. Herein, we design Na-decorated Au nanoparticles supported on mordenite (MOR) nanosheets, which leverage electronic metal-support interactions to dynamically tune the electronic state and local microenvironment of the active sites for directional C─H activation under CH4/CO/O2/H2O at 150° C. This catalyst affords near-100% selectivity toward hydroxylated oxygenates derived from CH4 with a remarkable productivity of 2.02 mmol·gcat−1·h−1, outperforming most reported catalysts under comparable conditions. In situ spectroscopic studies and density functional theory (DFT) calculations reveal that Na-induced electronic modulation creates a unique Na-Auδ interfacial structure, driving the Au species into an electron-deficient state that boosts the oxygenate formation rate by more than an order of magnitude compared to the pristine Auδ− sites. The Na-Auδ− interface enhances catalysis by enabling accelerated in -situ H2O2 generation and concurrent C─H bond activation, while avoiding methanol overoxidation, thereby boosting overall catalytic performance. This work deciphers the dynamic role of in situ generated H2O2 in methane activation under mild conditions, and establishes electronic microenvironment engineering as a powerful strategy for the selective and controllable oxidation valorization of methane.

0505化学装置及び設備
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