在溫和條件下，將甲烷光催化轉(zhuǎn)化為增值產(chǎn)品是工業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)的長(zhǎng)期追求目標(biāo)，但是要使用廉價(jià)催化劑提供高產(chǎn)量和選擇性仍然極具挑戰(zhàn)性。基于此，中科院國(guó)家納米科學(xué)中心唐智勇研究員（通訊作者）等人報(bào)道通過簡(jiǎn)單的熱退火展示了市售銳鈦礦相TiO₂（A-TiO₂）的晶相工程，以優(yōu)化結(jié)構(gòu)-性能相關(guān)性。

具有最佳相界面濃度的銳鈦礦相（90%）和金紅石相（10%）TiO₂（R-TiO₂）的雙相催化劑（A/R-TiO₂）在水溶劑、氧氣氣氛和全光譜光照射的反應(yīng)條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的甲烷氧化成甲醛性能。反應(yīng)3 h后，在室溫下獲得了創(chuàng)紀(jì)錄的24.27 mmol g_cat^-1的產(chǎn)量，對(duì)甲醛的選擇性高達(dá)97.4%。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和密度泛函理論（DFT）計(jì)算都表明，TiO₂晶相工程延長(zhǎng)了光生載流子的壽命，有利于中間甲醇物種的形成，從而最大限度地提高甲烷有氧氧化制甲醛的效率和選擇性。更重要的是，通過發(fā)明“暫停流動(dòng)”反應(yīng)器證明了甲醛大規(guī)模生產(chǎn)的可行性。該工作以可持續(xù)和經(jīng)濟(jì)的方式為工業(yè)甲烷轉(zhuǎn)化開辟了新道路。

Elevating Photooxidation of Methane to Formaldehyde via TiO₂?Crystal Phase Engineering.?J. Am. Chem. Soc.,?2022, DOI: 10.1021/jacs.2c04884.

https://doi.org/10.1021/jacs.2c04884.