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从中国科学院大连化学物理研究所获悉，近日，该所包信和院士团队基于“纳米限域催化”的新概念，创造性地构建了硅化物晶格限域的单铁中心催化剂，成功地实现了甲烷在无氧条件下选择活化，一步高效生产乙烯、芳烃和氢气等高值化学品。
储量相对丰富和价格低廉的天然气替代石油生产液体燃料和基础化学已成了学术界和产业界研究和发展的重点。迄今为此，天然气的转化利用通常采用二步法：首先，在高温条件下通过混合氧气、二氧化碳或水蒸汽，将天然气中的甲烷分子重整为含一定比例的一氧化碳和氢气分子的合成气(SynGas);随后，或采用由德国科学家上世纪20年代发明的费托(F-T合成)方法，在特定的催化剂上将合成气转化为高碳的烃类分子(油品和基础化学品等);或先由合成气制备甲醇，再经微孔分子筛催化剂脱水，生产烯烃和其他化学品。
这类传统的甲烷转化路线冗长，投资和消耗高，尤为突出的问题是，由于采用了氧分子作为甲烷活化的助剂或介质，过程中不可避免地形成和排放大量温室气体二氧化碳，一方面影响生态环境，另一方面致使总碳的利用率大大降低，通常不会超过一半。因此，人们一直都在努力探索天然气直接转化利用的有效方法与过程。
众所周知，具有四面体对称性的甲烷分子是自然界中最稳定的有机小分子，它的选择活化和定向转化是一个世界性难题，被誉为是催化乃至化学领域的“圣杯”，长期以来一直是国内外科学家研究的主题。现有的实验表明，甲烷分子C-H键的有效活化通常都需要采用强氧化剂(如强酸等)或高温氧原子，甚至要有强烈的外场(如等离子体、微波和激光等)辅助。由于这类方法存在效率低下、化学选择性差和环境不友好等缺陷，迄今为此，还没有真正实现工业化生产的实例。
各领域科研人员共同合作，利用上海同步辐射光源和紫外软电离分子束飞行质谱等手段对催化过程进行了原位监测，并结合高分辨电子显微镜和DFT理论模拟，从原子水平上认识了催化剂单铁中心活性位的结构、自由基表面引发和气相偶联生成产物的反应机制，进而揭示了单铁活性中心抑制甲烷深度活化从而避免积碳的机理，首次将单中心催化的概念引入高温催化反应。