人们发现非金属硼材料（B₂O₃, BN等）是具有前景的烷烃氧化催化剂，因为硼催化剂能够起到非常独特的防止生成CO₂作用，因此能够使用O₂将低碳烷烃转化为高附加值产品。但是目前人们对硼催化剂的催化位点和反应机理并没有一致结论，特别是甲烷催化氧化。

有鉴于此，厦门大学王帅（Shuai Wang）、华盛顿州立大学王勇（Yong Wang）等报道六方晶相h-BN在甲烷氧化反应表现甲醛和CO的高选择性，性能与担载于Al₂O₃上的B₂O₃类似，但是h-BN催化需要引发阶段才能实现稳定的催化态。

主要内容

（1）

通过催化剂进行多种多样的结构表征，发现在引发阶段h-BN的表面原位生成具有催化活性的氧化硼（BO_x）物种。对催化剂的空余空间、催化剂担载量、甲烷转化性能等进行动力学研究，非常意外的发现h-BN能够引发形成自由基，从而实现气相自由基甲烷转化反应，而不是B₂O₃/Al₂O₃催化剂主要在催化剂的表面进行。

（2）

根据实验发现提出改正的动力学模型，从而能够准确描述h-BN催化剂的甲烷氧化气相自由基反应特征。通过原位同步辐射真空紫外光电离质谱（synchrotron vacuum ultraviolet photoionization mass spectroscopy），证实甲基自由基是气相甲烷氧化反应网络的主要活性物种。

理论计算结果说明，CH₃·和CH₃OO·具有合适的抓氢能力，因此比其他含氧自由基物种更容易控制氧化反应的选择性。这项研究有助于深入理解硼催化剂具有避免生成副产物和产物抗过氧化的原因。

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Peijie Han, Ran Yan, Yuqing Wei, Leisu Li, Jinsong Luo, Yang Pan, Binju Wang, Jingdong Lin, Shaolong Wan, Haifeng Xiong, Yong Wang*, and Shuai Wang*, Mechanistic Insights into Radical-Induced Selective Oxidation of Methane over Nonmetallic Boron Nitride Catalysts, J. Am. Chem. Soc. 2023

DOI: 10.1021/jacs.2c13648

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c13648