乙酸是重要的工业传统化学品，乙酸的传统制备需要使用贵金属催化剂和均相催化反应过程，这种均相催化反应对装备的要求较高，而且很难符合可持续发展的需求。通过甲烷直接液相羰基化反应能够作为制备乙酸的替代反应，甲烷液相羰基化反应能够使用丰富的天然气，而且具有条件温和、反应直接的优势。但是目前大多数催化剂在这种反应过程中由于催化剂的活性位点较少，而且反应容易生成C1氧化衍生物，导致乙酸产量非常低。这种缺点导致甲烷直接液相羰基化制备乙酸难以实现工业化。

有鉴于此，阿卜杜拉国王科技大学Jorge Gascon、韩宇等报道一种0.1 Cu/Fe-HZSM5-TF催化剂，这种催化剂的HZSM-5通道内具有单核Fe和单核Cu位点，在甲烷直接氧化制备乙酸的反应中得到优异性能。

本文要点

(1)

在优化的反应条件和50 ℃反应条件，0.1 Cu/Fe-HZSM-5-TF催化剂生成乙酸的速率达到40.5 mol g^-1 h^-1，是之前报道最好结果12.0 mmol g^-1 h^-1的三倍。通过详细的表征、同位素标记、DFT理论计算，说明均相Fe单核位点是CH₄活化和氧化，相邻Cu位点延缓氧化反应速率，促进C-C偶联合成乙酸的过程。研究发现乙酸分子的甲基碳原子全部来自甲烷分子，羰基碳原子来自CO。

(2)

这种双金属催化剂的设计不仅拓展了目前催化剂设计的局限，而且能够对其他烷烃进行羰基化氧化反应，这项研究说明可持续化学合成技术的前景。

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Qingpeng Cheng, Xueli Yao, Guanna Li, Lirong Zheng, Guanxin Li, Kaijie Yang, Abdul-Hamid Emwas, Xingang Li, Yu Han, Jorge Gascon, Atomically Dispersed Fe-Cu Dual-Metal Sites Synergistically Boost Carbonylation of Methane, Angew. Chem. Int. Ed. 2024

DOI: 10.1002/anie.202411048

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202411048