近日，我校物理科学与技术学院光驱动碳中和研究团队在光催化甲烷转化领域取得突破性进展，相关工作“Photocatalytic oxidative coupling of methane to C3+hydrocarbons via nanopore-confined microenvironments”以河北大学为第一单位发表在能源领域国际顶级期刊《Nature Energy》(IF=60.1)。我校硕士研究生聂文锋为论文的第一作者，郝宇晨博士（校聘教授）、叶金花教授、北京理工大学王博教授为论文的共同通讯作者。
我国具有十分丰富的页岩气资源，已探明可采储量居全球第一。在清洁能源驱动下，将页岩气的主要成分甲烷高效、高选择性催化转化为高附加值碳氢化合物对于实现碳资源高值化利用意义重大。然而，传统甲烷光催化氧化偶联工艺面临甲烷转化率低、反应稳定性差等问题，且产物主要为气态乙烷，储运成本相对较高。基于此，郝宇晨博士、叶金花教授等人开发出一种多孔二氧化钛封装金纳米颗粒的新型光催化剂，通过蒸汽活化策略，在太阳光照射下实现甲烷高选择性氧化偶联制备丙烷，产率和选择性分别高达1.4毫摩尔每小时和91.3%，性能显著优于已报道催化体系。此外，相比于气态乙烷产物，丙烷可在常温下实现液化，从而显著降低了储运成本。机理研究表明，蒸汽活化能够使金纳米颗粒表面产生晶格拉伸应变，改变其电子结构，从而增强对反应中间体的吸附，促进甲烷深度偶联为丙烷。同时，多孔二氧化钛框架内的纳米限域催化微环境能够有效延长反应中间体停留，从而进一步提高甲烷深度偶联效率。本研究为页岩气资源的高效、高附加值利用提供了新策略，对推动光驱动甲烷转化技术发展具有重要意义。
该研究工作获得了国家自然科学基金、河北省自然科学基金、河北省教育厅、河北大学高层次人才引进项目等多个项目的资助，并得到河北大学物理科学与技术学院公共测试中心的大力支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41560-025-01834-5
