在温和条件下将甲烷转化为高附加值的化学品是利用天然气资源的一种富有前景的途径。甲烷作为天然气的主要成分，由于其对称的四面体结构、低极化率等特点，具有很强的惰性。乙酸作为一种高价值的C₂产物，不仅是食品工业中的必需品，也是制备许多化学品(如醋酸酐、醋酸乙烯酯、乙酸烷基酯等)的重要中间体。目前工业上甲烷制取乙酸的路线比较复杂且需要较高的能量输入，包括甲烷重整生成合成气（ CO和H₂）、合成气转化为甲醇、甲醇羰基化（通入CO）制取乙酸等。相比较而言，由甲烷一步合成乙酸的路径更具吸引力。对于一步法甲烷转化为乙酸，目前的研究主要集中在热催化方面，仍然需要苛刻的条件（高温、高压）和羰基物种（ CO、CO₂）的加入。

　　光催化转化甲烷的方法能够降低反应势垒，使得反应可以在相对温和的条件下进行。近日，中国科学院上海硅酸盐研究所能源和环境催化材料课题组在甲烷的光催化转化研究方面取得新进展。该团队设计并制备出Ag/AgCl-WO_3-x复合材料，在室温常压且不外加羰基物种的条件下，实现甲烷向乙酸的光催化直接转化，并对该过程的机制进行了较为深入的研究。Ag/AgCl在光照下可同时产生氯自由基和羟基自由基；甲烷可以与氯自由基发生氢原子转移反应生成甲基物种，羟基自由基可以过度氧化甲烷生成羰基物种；进一步结合WO_3-x后，羰基物种和甲基物种之间发生碳碳偶联反应，有效生成乙酸(188.5 μmol·g_cat^-1·h^-1)。相关研究结果以“Multi-radicals mediated one-step conversion of methane to acetic acid via photocatalysis”为题，发表于Applied Catalysis B: Environmental（DOI: 10.1016/j.apcatb.2023.122983），第一作者为硕士生王举雪，指导教师为王文中研究员和张玲高级工程师。

　　相关研究工作得到国家自然科学基金的资助和支持(51972327, 51972325, 52172256)。

　　文章链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122983

Ag/AgCl-WO_3-x光催化甲烷一步产乙酸示意图