光催化可持續高效轉化甲烷鹵化成果刊登！
可燃冰是一種潛在的儲備能源，其中甲烷占據了很大比例。然而，當前的可燃冰開采存在甲烷氣體的儲存和運輸難題，限制了其有效利用。因此，在海上條件下尋找一種將甲烷轉化為液態產品的新技術至關重要。同時，甲基鹵化物作為多功能的平臺分子，在生產增值化學品和燃料前體方面具有重要意義。然而，實現甲基鹵化物的綠色經濟合成仍然具有挑戰性。
近期，由中國科技大學的熊玉杰教授和龍然教授領導的團隊在nature communications期刊上發表了題為“Sustainable methane utilization technology via photocatalytic halogenation with alkali halides”的研究成果。
研究展示了一種可持續高效的光催化甲烷鹵化反應方法，利用堿金屬鹵化物作為易得且無腐蝕性的鹵化劑，在銅摻雜二氧化鈦上進行甲基鹵化物的合成。該方法可以以每平方米每小時0.61毫摩爾的速率合成氯甲烷或每平方米每小時1.08毫摩爾的速率合成溴甲烷，并且穩定性為28小時，進一步證明可轉化為甲醇和制藥中間體。此外，我們證明這種反應也可以僅利用海水和甲烷作為資源進行，顯示了其作為海上甲烷開發的高實用性通用技術。這項工作為從各種資源可持續利用甲烷并實現特定應用開辟了一條途徑。
研究采用摻銅多孔TiO2光催化劑（Cu-TiO2）在適度的條件下（即室溫和常壓）驅動甲烷鹵化反應。研究小組以光催化甲烷氯化作為概念驗證的例子，以氯化鈉作為鹵素試劑，在光照條件下實現了0.61 mmol h-1 m-2的甲基氯產率和83.7%的選擇性。原位光譜表征和理論模擬表明，甲烷分子可以首先在光催化劑表面解離為甲基中間體。
此外，環境壓力下的X射線光電子能譜（AP-XPS）證明，來自堿金屬鹵化物的鹵素離子（在本例中為氯離子）可以被光生空穴從光催化劑氧化和活化形成活性氯化物種。因此，產生的活性氯化物種可以與甲基中間體反應生成甲基氯化物。這種方法實現了直接利用海水和甲烷原料生產甲基氯化物，極大地擴展了其實際應用，如海上甲烷開發。此外，研究構建了反應系統，通過甲基鹵化中介途徑生產甲醇和制藥中間體（如甲基鄰甲酸酯和1-甲基吲哚）。
綜上所述，該工作提供了一種在溫和條件下使用綠色廉價的堿金屬鹵化物作為鹵素源進行選擇性甲烷鹵化的方法，對可持續甲基鹵化物生產，有著重要的影響。
