Прямое преобразование метана (CH₄) в многоуглеродные (C₂+) оксигенаты высокой ценности, такие как уксусная кислота (CH₃COOH), в мягких условиях — перспективный способ переработки природного газа в транспортируемые жидкие химические вещества. Однако эффективное достижение этой трансформации остаётся сложной задачей из-за прочности связей C-H в метане, трудности активации кислорода (O₂) и низкой селективности реакций связывания C-C.
В исследовании, опубликованном в [Journal of the American Chemical Society](https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c01515), группа учёных под руководством профессора Дэн Дэхуэй, доцента Цуй Сяоцзюй и профессора Ю Ляна из Даляньского института химической физики (DICP) Китайской академии наук осуществила прямую карбонилизацию CH₄ с использованием моноксида углерода (CO) и O₂ в CH₃COOH в мягких условиях, включая комнатную температуру.
Используя новый двойной катализатор на основе MoS₂, ограничивающий Rh-Fe, исследователи получили беспрецедентную селективность CH₃COOH в 90,3% и производительность 26,2 мкмol g₋cat.⁻¹ h⁻¹ при температуре всего 25 °C, превзойдя ранее описанные каталитические системы.
Учёные выяснили, что ограниченные участки Fe в MoS₂ активируют O₂, образуя высокореактивные соединения Fe=O, которые могут диссоциировать CH₄ в CH₃ даже при комнатной температуре. Затем эти CH₃-группы соединяются с адсорбированным CO на соседних участках Rh, образуя ключевой промежуточный продукт CH₃CO, что приводит к образованию CH₃COOH.
Уникальная структура участков Rh–Fe обеспечивает синергетические каталитические свойства, которые эффективно уравновешивают активацию C–H и связывание C–C, решая проблему компромисса между активностью и селективностью при карбонилизации CH₄ в CH₃COOH в мягких условиях.
«Наше исследование открывает новые возможности для разработки эффективных катализаторов для окислительной карбонилизации метана в уксусную кислоту», — сказал профессор Дэн.
Предоставлено Китайской академией наук.