甲烷與氧氣直接催化轉(zhuǎn)化制高附加值含氧化學(xué)品是天然氣資源高值化利用的有效途徑。然而，在溫和條件下活化氧氣分子形成能夠解離甲烷C-H鍵的高活性氧物種非常困難，導(dǎo)致低溫下甲烷與氧氣高效轉(zhuǎn)化極具挑戰(zhàn)性。

▲轉(zhuǎn)化制甲酸示意圖。中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所供圖

研究表明，氧氣首先在陰極銀箔上經(jīng)由兩電子轉(zhuǎn)移路徑還原生成雙氧水，雙氧水進(jìn)一步與溶液中的Fe²⁺通過均相芬頓反應(yīng)，生成高活性的氧物種羥基自由基，羥基自由基連續(xù)活化C-H鍵并將甲烷轉(zhuǎn)化成甲酸。

團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，提高氧氣的分壓可促進(jìn)雙氧水的生成，而提高甲烷的分壓可以有效增加溶液中甲烷和羥基自由基之間的碰撞概率，進(jìn)而提高產(chǎn)物甲酸的收率和法拉第效率。