新闻网讯（通讯员高妍）近日，《化学》（Chem）杂志在线发表高等研究院翟月明教授课题组最新研究成果：CH4光催化氧化高选择性制CH3OH。论文题为“Asymmetrically coordinated cobalt single atom on carbon nitride for highly selective photocatalytic oxidation of CH4 to CH3OH”（《氮化碳锚定不对称配位钴单原子用于高选择性光催化氧化CH4制CH3OH》）。高等研究院博士研究生丁杰为论文第一作者，高等研究院翟月明教授、南洋理工大学刘彬教授、苏州科技大学杨鸿斌教授为共同通讯作者，高等研究院为第一署名通讯单位。
精确控制光化学反应中的活性氧的类型和数量，对于实现高效、高选择性的光催化CH4氧化为CH3OH具有重要意义。本研究通过打破单原子活性位点的结构对称性调整光催化水氧化途径，实现在水溶液中高选择性地将CH4氧化为CH3OH，系统地研究了氮化碳上对称配位钴单原子(Co-4N，SC-Co1/PCN)和氮化碳上不对称配位钴单原子(Co-C2N2，AC-Co1/PCNKOH)光催化剂的水氧化能力及其对CH4光催化氧化的影响。结合多种原位表征和随时间变化的密度泛函理论计算，发现AC-Co1/PCNKOH拥有最理想的电子结构，利于光催化过程中的单电子转移水氧化路径，使得CH4在光照条件下高选择性氧化生成CH3OH。
本研究通过打破负载在g-C3N4上钴单原子的结构对称性，可以改进光催化水氧化途径，在室温光照射下使用H2O作为绿色氧化剂将CH4高选择性氧化为CH3OH。在光催化过程中，*OH由H2O光催化氧化产生，可通过钴原子位点的配位结构进行调节，使其发生单电子转移过程实现有效控制氧物种种类，从而抑制CH4的过氧化。本研究将提出的设计策略可以扩展到其他有机半导体光催化剂系统，如超分子配位络合物（SCC）、配位聚合物（CP）、金属有机骨架、共价有机骨架（COF）等以及用于其他光催化反应。该工作首次将H2O氧化途径（单电子转移）用于调控催化反应的选择性调控也可以广泛应用于光/电催化反应的各领域（包括精细化学品的合成、H2O氧化产生自由基处理饮用水等）。
该研究得到了国家自然科学基金委和中央高校基本科研业务费的资助。上海同步辐射光源为此项工作的开展提供了有力支持。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929423000815
（供图：高等研究院 编辑：张丽平）
