激活烷烴的 C?H 鍵而不進一步氧化成熱力學更穩定的產物 CO 和 CO2，是催化化學長期追求的目標。
受甲烷單加氧酶單銅活性位點的啟發，明尼蘇達大學Donald G. Truhlar, 美國西北大學Joseph T. Hupp合成了節點中含有 25% Cu 和 75% Zn 的 Cu 摻雜 ZIF-8 金屬有機骨架，并通過加熱至 200 °C 并逐步添加氧氣、甲烷和蒸汽，結果確實會將甲烷氧化成甲醇和甲醛。
文章要點
1）催化作用持續至少五個循環，并且在第三個循環之后，選擇性提高到檢測不到二氧化碳的程度。
2）通過 PXRD、DRUV?vis、SEM 和 XAS（XANES 和 EXAFS）進行實驗表征和分析。假設該反應在缺陷產生的開配位銅位點上進行，并且通過使用 revMO6-L 交換相關函數的密度泛函計算闡明了甲醇生產的機制。
3）計算揭示了氧激活 CuI 的催化循環，涉及通過一系列氫原子轉移反應和回彈步驟將兩個 CH4 分子轉化為兩個 CH3OH 分子。對于循環中的大多數步驟，單線態物種比三線態物種更有利于反應。
參考文獻
Ying Yang, et al, Bioinspired Cu(II) Defect Sites in ZIF?8 for Selective Methane Oxidation, J. Am. Chem. Soc., 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c06981
https://doi.org/10.1021/jacs.3c06981
