活化烷烃的C-H键，同时避免过度氧化生成热力学稳定的CO或CO₂产物是催化反应领域的重要挑战。

有鉴于此，西北大学Joseph T. Hupp、明尼苏达大学Donald G. Truhlar等基于甲烷氧化酶的单核Cu催化位点，设计合成了Cu掺杂ZIF-8（其中Cu的占比为25 %，Zn的占比为75 %）。通过200 ℃加热活化，随后分别在O₂，CH₄，蒸汽气氛中反应，发现甲烷能够氧化为甲醇和甲醛。

主要内容

（1）

催化剂在5次催化循环中保持稳定，在第三次催化循环后，催化反应选择性得以改善，并且未发现生成CO₂。通过PXRD、DRUV-vis、XAS（XANES和EXAFS）等表征技术分析。

（2）

推测反应在缺陷产生的开壳层Cu位点发生，并且通过revMO6-L进行理论计算，提出生成甲醇的机理。理论计算结果说明氧活化Cu^I催化反应过程包括两个步骤，两个CH₄分子通过氢原子转移和自由基回弹转化为两个CH₃OH分子。反应中，反应更容易通过单重态形式而不是三重态进行。

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Ying Yang, Siriluk Kanchanakungwankul, Suman Bhaumik, Qing Ma, Sol Ahn, Donald G. Truhlar*, and Joseph T. Hupp*, Bioinspired Cu(II) Defect Sites in ZIF-8 for Selective Methane Oxidation, J. Am. Chem. Soc. 2023

DOI: 10.1021/jacs.3c06981

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c06981