近期，物理學院光驅動碳中和研究團隊在光熱綠色甲醇生產領域取得突破性進展，相關工作“Continuous-flow photo-oxidation of methane to methanol at a reticular gas-solid interface”以河北大學為第一單位發表在《Nature Communications》。郝宇晨博士為論文的第一作者，郝宇晨博士、葉金花教授、北京理工大學王博教授為共同通訊作者。

甲烷作為天然氣、頁巖氣、可燃冰等的主要成分，是一種儲量豐富的碳基資源。將甲烷轉化為高附加值化學品（如甲醇）具有重大應用價值。傳統工業中，由甲烷制取甲醇需首先經過蒸汽重整過程生產合成氣，然后再將合成氣進一步轉化為甲醇。然而，蒸汽重整過程通常需要在高溫、高壓條件下進行，這不僅會消耗大量化石燃料，也會造成溫室氣體二氧化碳的大量排放。開發甲烷直接氧化技術，實現溫和條件下高效、低能耗、可持續的甲烷氧化制甲醇，對克服傳統甲醇制備過程高能耗、高碳排放的弊端意義重大。在這項研究中，葉金花教授團隊發現鈀(Pd)、鐵（Fe）雙原子活性中心修飾的金屬有機框架（MOF）復合催化劑在太陽光照射下能夠以空氣為氧化劑，將甲烷以接近100%的選擇性催化氧化為甲醇，產率達到14.6mmol g^-1h^-1。原位表征和理論模擬表明，單原子Pd位點能夠在光照下將氧氣高效催化還原為過氧化氫，而臨近的Fe位點則能夠利用過氧化氫將甲烷催化轉化為甲醇。同時，MOF多孔框架有效調控了活性位點周圍的催化微環境，進一步促進了甲烷到甲醇的高效、高選擇性持續光催化轉化。該催化劑能實現廉價量產，室外示范實現了自然光輻照下0.56mmol h^-1的甲醇產率，顯示了該催化系統極高的應用潛力。這項工作為設計廉價、清潔、高效甲烷選擇性氧化制甲醇提供了一條新的道路。

該研究工作得到了國家自然科學基金、河北省自然科學基金、河北大學高層次引進人才項目的資助以及河北大學物理科學與技術學院公共測試中心的大力支持。

文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56180-7

（物理科學與技術學院、科學與技術創新研究院供稿）