铁负载ZSM-5分子筛中Si─ONa─Al结构单元对甲烷选择性氧化制乙酸的催化作用机制

研究人员通过构建富含Si─ONa─Al位点的Fe/ZSM-5-0.25Na催化剂，在CO和H2O2共存条件下实现甲烷高效转化，获得144.1 μmol含氧化合物（乙酸选择性81.8%），显著优于传统Br?nsted酸位点催化剂。该研究突破酸位依赖机制，通过金属电子调控开辟甲烷转化新路径。

　　

这项突破性研究揭示了铁基分子筛催化剂中硅-氧-钠-铝(Si─ONa─Al)结构单元的神奇功效。当这种特殊结构遇上铁活性位点，就像给催化剂装上了"电子加速器"——钠离子的存在让铁原子变得电子富集，形成独特的Fe^δ-活性中心。在温和的50°C反应条件下，这些带电的铁位点展现出双重魔力：既能高效活化甲烷的C─H键，又擅长推动一氧化碳(CO)的插入反应。

与传统依赖布朗斯特酸(Si─OH─Al)的催化剂相比，这种"钠修饰"的Fe/ZSM-5-0.25Na催化剂表现惊艳：2小时内生成144.1微摩尔含氧化合物，其中乙酸占比高达81.8%，产量和选择性全面超越对照组。机理研究表明，电子富集的铁位点就像分子级的"缝纫机"，将甲烷和CO的碳原子精准"缝合"成乙酸分子，开创了非石油路线合成乙酸的绿色新工艺。