在溫和條件下將CH4和CO2直接轉(zhuǎn)化為液體產(chǎn)品為緩解全球環(huán)境危機(jī)和能源短缺提供了有效策略。由于其非平衡特性，非熱平衡等離子體（NTP）有助于在環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)CH4和CO2活化的發(fā)生。 NTP中的高能電子與CH4和CO2碰撞，誘導(dǎo)這些氣體分子分解成活性物種（如自由基和激發(fā)態(tài)物種），這些活性物種可以參與各種反應(yīng)，從而產(chǎn)生各種產(chǎn)物。然而，目前關(guān)于等離子體催化CH4和CO2直接轉(zhuǎn)化為氧化物的反應(yīng)機(jī)理的研究還很少。因此，控制液體選擇性和操縱中間物種仍然是主要挑戰(zhàn)，這限制了CH4和CO2在環(huán)境條件下轉(zhuǎn)化為液體產(chǎn)物。實(shí)際應(yīng)用。在介質(zhì)阻擋放電（DBD）等離子體反應(yīng)器中，中國(guó)石油大學(xué)（華東）的吳文婷、吳明波和英國(guó)利物浦大學(xué)的涂鑫設(shè)計(jì)了含有Cu和-NH2基團(tuán)的MOF催化劑來(lái)催化CH4和室溫下的CO2。并在常壓下轉(zhuǎn)化為液體產(chǎn)品。性能測(cè)試結(jié)果表明，最優(yōu)的10% Cu/UiO-66-NH2催化劑的總液體選擇性達(dá)到53.4%，其中C2+液體產(chǎn)物占總液體產(chǎn)物的60.8%。同時(shí)，C2+氧化物的分布向乙醇轉(zhuǎn)移，這比之前報(bào)道的主要氧化物乙酸要好。更重要的是，該催化劑具有優(yōu)異的反應(yīng)穩(wěn)定性。即使反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)至240分鐘，CH4轉(zhuǎn)化率也能穩(wěn)定在23.5%，CO2轉(zhuǎn)化率也能穩(wěn)定在21.6%。此外，基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究人員提出了10% Cu/UiO-66-NH2表面等離子體協(xié)同促進(jìn)反應(yīng)的機(jī)制：在等離子體條件下，催化劑的-NH2基團(tuán)（強(qiáng)路易斯堿位點(diǎn)）促進(jìn)CO2的吸附及其隨后的活化，生成*CO和*COOH中間體。 Cu的引入促進(jìn)*COOH分解為*CO，更有利于后續(xù)的加氫和C-C偶聯(lián)反應(yīng)生成醇、醛、丙酮；此外，*COOH產(chǎn)生的高活性*OH物種可以與*CHx物種反應(yīng)生成更多的*CHxO物種，這有利于通過(guò)Cu位點(diǎn)上的C-C耦合進(jìn)一步形成C2+液體產(chǎn)物，從而抑制氣態(tài)產(chǎn)物的形成，例如如CO 和H2?？傮w而言，這項(xiàng)工作揭示了環(huán)境條件下等離子體催化CO2 氧化CH4 過(guò)程中C-C 偶聯(lián)和C2+ 液體生成的機(jī)制，為合理設(shè)計(jì)更有效的可持續(xù)燃料和化學(xué)催化劑提供指導(dǎo)。為產(chǎn)品生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展鋪平了道路。揭示了Cu/UiO-66-NH2 上等離子體催化甲烷氧化為C2+ 含氧化合物的機(jī)理。 ACS 催化，2024。DOI: 10.1021/acscatal.4c00261