中国科技网·科技日报讯（记者 郝晓明）甲烷作为天然气、页岩气、可燃冰的主要成分，转化成高附加值的燃料或化学品后，是人类生活中的重要能源供给原料。然而，甲烷又拥有最稳定的烷烃分子结构，具有高度的四面体对称性，极难在温和的条件下对其活化。因此，甲烷的选择活化和定向转化一直是世界性的难题，被称为化学领域“圣杯”式的研究课题。

日前，我研究人员经过长期研究，在二维催化材料和纳米限域催化的基础上，发现石墨烯限域的单原子铁中心可以在25 oC的条件下，直接将甲烷催化转化为高附加值的C1含氧化合物。据悉，该项工作由中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室邓德会研究员和包信和院士带领团队共同完成，相关成果全文发表于Cell Press旗下的《化学》Chem期刊上。该成果发表后受到了国内外的广泛关注，被业内认为是甲烷化学领域的重要突破。

此前，尽管全球的科研人员在这一领域做了大量的探索，但在温和条件尤其在室温条件下，在不需要引入如光、电、等离子体等其它任何形式的能量的情况下，直接将甲烷催化转化成高附加的燃料或化学品仍是极具挑战的研究。

据了解，甲烷的电离能高，不具有电子亲和性，其C-H键的键能高达434 KJ/mol（千焦/摩尔），极难在温和条件下活化。中科院大连化物所邓德会研究员介绍，甲烷转化往往需要在600oC-1100 oC的高温下进行反应，而降低反应温度会对甲烷的基础研究和工业应用具有重要意义。 他们在前期研究二维催化材料温和条件下活化C-H键的基础上，经过长达6年的努力，设计出一系列石墨烯限域的3d过渡金属中心（锰，铁，钴，镍，铜）催化材料。

通过大量试验表明，石墨烯限域的单铁中心在室温条件下，以双氧水为氧化剂，完全不需要额外引入其它任何形式的能量，可直接将甲烷催化转化为C1含氧化合物。此后，他们又借助高分辨液体核磁共振波谱和自行研制的飞行时间质谱原位表征等手段，揭示出甲烷催化反应的过程和本质，该工作不仅为温和条件下甲烷转化高效催化剂的设计提供了新思路，也推动了甲烷催化转化领域的创新发展。