近日，我校化工学院刘小浩教授团队在揭示甲烷无氧催化转化制芳烃的新的活性中心的研究中取得重要进展，研究成果以题为“Identification of atomically dispersed Fe-oxo species as new active sites in HZSM-5 for efficient non-oxidative methane dehydroaromatization”发表在催化领域权威期刊《Journal of Catalysis》（J. Catal.,2021,396, 224-241）。该论文化工学院胥月兵副教授为第一作者，刘小浩教授为通讯作者。
甲烷（CH4）是一种重要的低碳（高H/C比）含碳资源，是天然气、煤层气、页岩气和可燃冰中的主要成分。然而，CH4具有强温室效应。因此，将其高效催化转化为高附价值的化学品和环境友好的“绿色氢源”具有重要的现实意义。CH4无氧脱氢芳构化生成芳烃和氢气是原子经济反应，是实现上述过程的有效途径。CH4作为一种高度稳定的、最简单的烃分子，在高温下实现其分子中C-H键的可控活化转化仍极具挑战。
一直以来，CH4无氧芳构化反应主要围绕着钼基分子筛催化剂开展研究，其他过渡金属如铁等作为活性组分普遍被认为具有很低的活性和芳烃选择性。然而，我校化工学院刘小浩团队基于对CH4分子中C-H键可控活化机制的认识和理解，通过调控Fe物种在HZSM-5分子筛中的存在形式，实现了CH4分子的可控活化，高效转化生成芳烃。实验和表征结果表明：Fe-oxo活性物种（含氧铁物种）对实现C-H键的可控活化起关键作用。比较而言，金属铁或碳化铁物种能使CH4分子深度脱氢，生成积碳，减少目标产物芳烃的生成。有趣的是，尽管该项研究使用含硫的二价铁前驱体（FeSO4）经离子交换形成活性中心，然而残存的硫（S）并没有因其提升C-H键活化而影响目标产物芳烃的生成。
上述研究得到国家自然科学基金（21606108, 21576119, 21878127)、中央高校基本科研业务重点项目（JUSRP51720B）、内蒙古自治区关键技术攻关计划（2019GG321）和鄂尔多斯市重大专项等项目的资助。
《Journal of Catalysis》为物理化学和化学工程学科最为传统、最具影响力的期刊之一，致力于发表催化领域原创、系统的研究成果，属于中科院一区Top期刊。
图1.铁物种类型对CH4活化转化的影响
图2.反应前(a)和反应后(b)铁物种表征结果
