太原理工大学黄伟，左志军，石琪课题组通过实验和DFT的方法研究了Cu@UiO-bpy催化剂中UiO-bpy骨架对甲烷直接转化制甲醇的影响。研究结果表明UiO-bpy骨架的包封效应是Cu_xO_x活性中心形成的关键因素。

甲烷（CH₄）是最简单的碳氢化合物，是天然气（70- 90%）的主要成分，在工业生产和家庭生活中被广泛用作燃料。甲醇作为液态烃，易于储存和运输，保留了甲烷的大部分能量。在传统工业中，甲烷转化为甲醇需要先经过高温（800~1000 ℃）重整制得合成气，再降温（250~300 ℃）经合成气转化为甲醇。两段工艺温度不匹配，流程复杂，设备投资费用高且会造成大量的能量损耗。因此，寻找新型高效的催化剂，通过简单、温和的反应工艺实现甲烷向甲醇的转化，在工业生产中具有重要意义。

金属有机骨架是一种新兴的多孔材料，在催化领域有着无可估量的应用价值和前景。在众多金属有机骨架材料中，UiO-bpy不仅拥有优良的热稳定性和大的比表面积，其上的桥联配体2,2'-联吡啶-5,5'-二羧酸还可以锚定Cu²⁺，从而提高UiO-bpy孔道中活性 Cu 物种的含量。本研究以Cu@UiO-bpy为催化剂，在2 MPa和20 MPa条件下进行压片造粒，研究了甲烷直接转化制甲醇反应。2 MPa和20 MPa造粒后，催化剂在473 K下O₂活化3 h，然后与CH₄反应3 h，最后用H₂O/ He萃取。第一个循环甲醇产率分别为24.33和21.36 μmol/gcat，在第二个循环中，2 MPa造粒后甲醇产率变化不明显，但20 MPa造粒后催化剂失活。实验结果表明，高压造粒（20 MPa）破坏了UiO-bpy骨架，小团簇Cu_xO_x活性位点由于反应过程中的热运动而生长成CuO纳米颗粒。因此，催化剂在第一个循环后失活。总的来说，活性位点的大小是甲烷转化的关键因素，而UiO-bpy骨架的包封效应是催化剂稳定性的关键因素。

论文信息：

The Influence of UiO-bpy Skeleton for the Direct Methane-to-Methanol Conversion on Cu@UiO-bpy: Importance of the Encapsulation Effect

Dr. Lin Fu, Dr. Min Yuan, Dr. Xiaodong Li, Dr. Shuai Bian, Dr. Le Mi, Prof. Zhihua Gao, Prof. Qi Shi, Prof. Wei Huang, Prof. Zhijun Zuo

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DOI: 10.1002/cctc.202101244