CN空位Ni-Co串联催化剂

电能一步产甲酸甲酯

冷等离子体活化的镍钴串联催化剂通过CN空位协同活化甲烷并调控中间体，首次实现甲烷电氧化直接高选择性合成液态酯类产品。

张强 · Junyi, Peng · Haosen, Xiong · Shiyu, Jiang · Li, Wei · 72407123 · Shuyong, Shang · 许俊强 · 贺革

Applied Catalysis B: Environmental 2025

参数信息

甲酸甲酯法拉第效率

56.7 %

稳定性

160 h

技术优势

首次实现甲酸甲酯

利用CN空位调控Ni和Co的串联催化作用，使甲烷氧化关键中间体*CH2溢流到Co位点发生酯化反应，从而首次从甲烷电氧化直接获得甲酸甲酯。

高选择性

在2.0 V vs. RHE下，甲酸甲酯的法拉第效率达到56.7%，表明大部分电荷被用于目标产物的生成，副反应得到有效抑制。

长时稳定

催化剂在160小时的连续运行中保持稳定，体现了CN空位结构在反应条件下的耐久性，有利于实际应用。

温和条件

该电化学过程在常温常压下进行，无需高温或高压，降低了能耗和操作风险，为甲烷的清洁利用提供了新途径。

应用场景

• 甲烷电氧化：将天然气主要成分甲烷在温和条件下转化为高附加值甲酸甲酯，替代高温高压的传统氧化路径，提高碳利用效率。
• 电合成：利用可再生电力驱动的电化学过程合成甲酸甲酯，实现低碳排放的化学品生产，可替代依赖化石能源的热催化合成。
• 碳一化学：将甲烷分子直接转化为含两个碳的酯类产品，扩展了C1化学从单碳到多碳产物的路线，为甲烷高值化提供新策略。
• 非贵金属催化剂：采用Ni和Co非贵金属组合，替代昂贵的Pt、Pd等贵金属催化剂，显著降低甲烷电氧化的催化剂成本。
• 可再生电力化学品：将间歇性可再生电力转化为化学能储存于甲酸甲酯中，实现电力调峰与化学品生产的耦合，推动能源结构转型。