科学技术大学的熊宇杰教授与龙冉教授领衔的研究团队联手杨金龙院士团队以及南京大学邹志刚院士团队的科研人员，成功实现了光催化甲烷无氧偶联的催化剂创新设计。这一重大突破不仅实现了高选择性乙烷和氢气的制备，而且转化效率已经达到中温热催化甲烷无氧偶联的水平。这一重要研究成果已在近期的《自然—通讯》杂志上发表。
甲烷是天然气、可燃冰、沼气等的主要组成部分，广泛存在于自然界中。如何高效地将储量巨大的甲烷资源转化为具有高附加值的燃料或化工产品，一直是科研人员关注的焦点。传统的光催化甲烷无氧偶联方法虽然可以在温和条件下实现甲烷的直接转化，但其转化效率和选择性仍有待提高。
熊宇杰教授介绍，新的光催化甲烷无氧偶联方法避免了传统的两步间接转化法的复杂流程、高能耗和高生产成本的问题。该方法可以在较为温和的反应条件下进行，有效避免了甲烷过度氧化生成大量副产物如二氧化碳等。
针对金属氧化物半导体材料作为光催化剂在甲烷无氧偶联过程中易产生副产物的问题，熊宇杰和龙冉团队通过单原子配位负载的方法对催化剂进行了改进。这种策略成功避免了晶格氧原子直接参与光催化反应，在提高催化性能的降低了甲烷的过度氧化程度。
基于这一创新策略，研究团队已经实现了每克催化剂每天能高效产生0.7克乙烷，且选择性高达94.3%，同时产生同比例的氢气。研究人员还通过元素掺杂的方法进一步提高了催化剂的稳定性，为高效光催化甲烷无氧偶联催化剂的研发提供了新的思路。
相关论文详细信息可通过以下链接查阅：/10.1038/s412-z。
