甲烷部分氧化为甲醇不仅有利于天然气的可持续开发利用，而且减轻了温室效应造成的气候危机。由于甲烷活化的能垒较高，且热力学上产物容易过氧化至二氧化碳，甲烷的选择性氧化是相当困难的，尤其是在低温下利用O₂合成甲醇仍然是一个重大的挑战。

近日，浙江大学谢鹏飞教授联合华东理工大学戴升教授、山西煤化所路宽等学者受可溶性甲烷单加氧酶（MMO）的催化结构和反应机理的启发，制备了一种用氮化碳固定化Fe₂O₃纳米团簇和单原子的仿生光催化剂。Fe₂O₃纳米团簇作为电子供体在光下源源不断向单原子Fe位点提供电子，促进单原子位点上O₂的活化及后续的CH₄氧化。

作者采用HAADF-STEM，XAS等证明了Fe-N₄和~2 nm Fe₂O₃纳米团簇在氮化碳上的成功负载。该催化剂在光催化甲烷部分氧化制甲醇反应中表现出5.02 mmol·g^-1·h^-1的甲醇产率和98.5%的甲醇选择性。一方面Fe₂O₃纳米团簇的负载促进了Fe单原子催化剂上光生电子和空穴的分离与转移，原位XPS证实了光下Fe₂O₃向Fe单原子的电子转移；另一方面EPR和DFT计算证明Fe₂O₃纳米团簇促进了Fe单原子位点上O₂的活化和¹O₂的生成，随后双Fe位点的生成促进了CH₄的活化。