近日，我校物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院光驅(qū)動(dòng)碳中和研究團(tuán)隊(duì)在光催化甲烷轉(zhuǎn)化領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，相關(guān)工作“Photocatalytic oxidative coupling of methane to C³⁺hydrocarbons via nanopore-confined microenvironments”以河北大學(xué)為第一單位發(fā)表在能源領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)期刊《Nature Energy》(IF=60.1)。我校碩士研究生聶文鋒為論文的第一作者，郝宇晨博士（校聘教授）、葉金花教授、北京理工大學(xué)王博教授為論文的共同通訊作者。

我國(guó)具有十分豐富的頁(yè)巖氣資源，已探明可采儲(chǔ)量居全球第一。在清潔能源驅(qū)動(dòng)下，將頁(yè)巖氣的主要成分甲烷高效、高選擇性催化轉(zhuǎn)化為高附加值碳?xì)浠衔飳?duì)于實(shí)現(xiàn)碳資源高值化利用意義重大。然而，傳統(tǒng)甲烷光催化氧化偶聯(lián)工藝面臨甲烷轉(zhuǎn)化率低、反應(yīng)穩(wěn)定性差等問(wèn)題，且產(chǎn)物主要為氣態(tài)乙烷，儲(chǔ)運(yùn)成本相對(duì)較高?；诖?，郝宇晨博士、葉金花教授等人開(kāi)發(fā)出一種多孔二氧化鈦封裝金納米顆粒的新型光催化劑，通過(guò)蒸汽活化策略，在太陽(yáng)光照射下實(shí)現(xiàn)甲烷高選擇性氧化偶聯(lián)制備丙烷，產(chǎn)率和選擇性分別高達(dá)1.4毫摩爾每小時(shí)和91.3%，性能顯著優(yōu)于已報(bào)道催化體系。此外，相比于氣態(tài)乙烷產(chǎn)物，丙烷可在常溫下實(shí)現(xiàn)液化，從而顯著降低了儲(chǔ)運(yùn)成本。機(jī)理研究表明，蒸汽活化能夠使金納米顆粒表面產(chǎn)生晶格拉伸應(yīng)變，改變其電子結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)對(duì)反應(yīng)中間體的吸附，促進(jìn)甲烷深度偶聯(lián)為丙烷。同時(shí)，多孔二氧化鈦框架內(nèi)的納米限域催化微環(huán)境能夠有效延長(zhǎng)反應(yīng)中間體停留，從而進(jìn)一步提高甲烷深度偶聯(lián)效率。本研究為頁(yè)巖氣資源的高效、高附加值利用提供了新策略，對(duì)推動(dòng)光驅(qū)動(dòng)甲烷轉(zhuǎn)化技術(shù)發(fā)展具有重要意義。

該研究工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、河北省自然科學(xué)基金、河北省教育廳、河北大學(xué)高層次人才引進(jìn)項(xiàng)目等多個(gè)項(xiàng)目的資助，并得到河北大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院公共測(cè)試中心的大力支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41560-025-01834-5

（物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院供稿）