日本筑波大學(xué)(University of Tsukuba)針對甲烷氧化選擇性地轉(zhuǎn)化為甲醇,開發(fā)了一種新的鐵絡(luò)合物催化劑,這種絡(luò)合物可以通過內(nèi)部捕獲,將甲烷高效地氧化,同時可防止形成的甲醇再次氧化。利用這種絡(luò)合物,在水溶液中成功實現(xiàn)了甲烷到甲醇的直接轉(zhuǎn)化。

為了獲取甲醛、二甲醚等化合物的基礎(chǔ)原料乙醇,甲烷氧化制甲醇工藝獲得了廣泛研究。就目前的認知而言,甲烷是最難氧化的碳氫化合物,迄今為止還沒有開發(fā)出溫和條件下將甲烷高效、選擇性地轉(zhuǎn)化為甲醇的方法。

受自然界金屬酶結(jié)構(gòu)和甲烷氧化反應(yīng)機理啟發(fā),研究人員制備了在活性鐵中心附近具有疏水作用的單鐵核絡(luò)合物。利用這種鐵絡(luò)合物作為催化劑和廉價、安全的氧化劑,實現(xiàn)了甲烷到甲醇的高效選擇性直接轉(zhuǎn)化。在本反應(yīng)中,反應(yīng)溫度為50 ℃,壓力為1 MPa,甲烷在水溶液中進行溫和氧化,3 h內(nèi)催化劑轉(zhuǎn)換數(shù)超過500,甲醇選擇性可達83%,這種高效率和選擇性是由于鐵中心周圍形成了疏水性氛圍,也就是催化劑的活性位。疏水空穴捕獲甲烷(疏水物質(zhì)),然后將生成的甲醇(親水性物質(zhì))釋放到水溶液中,由于甲醇無法接近活性鐵中心,防止了甲醇再度氧化。這種“捕獲-釋放”機制有望成為一種高效的方式,可用于甲烷-甲醇轉(zhuǎn)化以及各種疏水有機化合物的高效轉(zhuǎn)化。