甲烷（CH4）储量丰富、来源广泛，是合成高附加值化学品的理想材料。设计高活性、低成本的催化体系以实现低温下甲烷的高选择性直接转化仍然是当前催化领域的研究热点和难点。尤其，甲烷温和条件下的转化机理与规律尚待深入发掘。
以团簇为模型的气相实验与理论计算结合的研究方法，是微观层次探索甲烷活化转化机制的强有力手段。基于此，青岛能源所孙晓岩研究员带领的团簇化学与能源催化课题组探索了高价铁氧化物离子独特的甲烷氧化性能。相关工作发表在The Journal of Physical Chemistry Letters杂志上。
团队利用气相质谱技术，首次实验探究了高价态Fe(V) 物种与甲烷反应的本征活性，结合高精度量化计算，发现了[FeO2]+团簇能够将甲烷氧化生成甲二醇CH2(OH)2。相比于同族高价态[RuO2]+/[OsO2]+以及低价态铁氧物种[FeO]+/[FeO(OH)]+，高价态铁中心、非羟基化氧原子的配位、以及较弱的Fe-C作用，三个因素协同促使了甲烷向甲二醇的转化。此研究为室温下制备不稳定、难分离的二醇物质提供了一种新的可行途径。
图1. [FeO2]+氧化CH4生成CH2(OH)2示意图
该论文的第一作者是青岛能源所博士后郭梦迪，通讯作者为青岛能源所孙晓岩研究员和浙江大学周少东教授。上述工作得到了山东省泰山学者青年专家计划、青岛市博士后应用项目、德国AKS研究项目的支持。
相关论文：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.2c03786
1. Mengdi Guo, Shaodong Zhou*, and Xiaoyan Sun*，Room-Temperature Conversion of Methane to Methanediol by [FeO2]+. J. Phys. Chem. Lett.,2023, 14, 6, 1633-1640.
