近日，我组联合清华大学唐军旺教授团队，设计合成了Ni₁-CeO₂单原子光催化剂，实现室温下甲烷高活性、高选择性地制备乙烷，并发现甲烷覆盖度与C-C键偶联制乙烷的选择性之间存在明显正向依赖关系。

甲烷是天然气的主要成分，将其转化为高附加值化学品意义重大，但传统的干/湿重整及费托合成需在700℃以上高温下进行。光催化技术能够在室温下活化惰性分子（如CH₄），却难以兼顾高效C-H键活化与抑制过度氧化生成CO₂。助催化剂修饰是光催化甲烷转化的常用策略，其既能促进电荷转移和抑制载流子复合，又可调节活性位点促进化学吸附活化。其中，Au、Pd等贵金属助催化剂已报道可显著提升乙烷选择性，但该效应仅局限于一些紫外响应的光催化材料。

　　本工作中，科研人员基于Lewis酸性载体有利于CH₄吸附的启发，结合DFT计算对3d单原子金属助催化剂进行了筛选，进而制备了具有可见光响应的单原子镍修饰氧化铈催化剂（Ni₁-CeO₂），实现了甲烷高效转化制备乙烷。研究发现，负载的单原子Ni助催化剂可高效促进光生电荷分离，CeO2光催化剂表面酸性有利于CH₄吸附，且甲烷的覆盖度与C-C偶联生成乙烷的选择性呈现正相关。科研人员设计合成了高效Ni₁-CeO₂催化剂，其在室温下连续350小时测试中可实现乙烷产率243μmol·g^-1·h^-1，以及约90%选择性，优于已报道的非贵金属光催化剂体系。

　　相关工作以“Coverage-Dependent Selective Conversion of Methane into Value-Added Ethane over Noble-Metal-Free Ni₁-CeO₂ Photocatalyst”为题，发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。该成果的第一作者是DNL1621组助理研究员罗磊和博士后王融。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京光源、中国博士后科学基金、中国科学院特别研究助理项目、我所优秀博士后等项目的资助。（文/图 罗磊）

　　文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c04676