Door de vooruitgang in de technologie voor hydrofracturering zijn grote aardgasreserves ontdekt die voornamelijk methaan, en die voornamelijk direct wordt verbrand, mogelijk opwarming van de aarde veroorzaken. Het opwaarderen van methaan tot groenere energie zoals methanol door aerobe oxidatie is een ideale manier om het probleem op te lossen.

De moeilijkheden liggen echter in het activeren van methaan en het voorkomen van overoxidatie van methanol. Methaan heeft een stabiele niet-polaire tetraëdrische structuur met hoge dissociatie-energie van de C-H-binding, die veel energie nodig heeft om te worden geactiveerd. Ondertussen kan methanol tijdens het proces gemakkelijk worden overgeoxideerd tot koolstofdioxide. De activering en directionele transformatie van methaan wordt beschouwd als de 'heilige graal' van katalyse.

Een recent werk gepubliceerd in Natuurcommunicatie door een onderzoeksteam onder leiding van prof. Zeng Jie en LI Weixue van Hefei National Laboratory for Physical Sciences op de microschaal markeert nieuwe vooruitgang. Ze ontwierpen en vervaardigden enkele Au-atomen op zwarte fosfor (Au ₁ /BP) nanosheets voor methaanselectieve oxidatie tot methanol onder milde omstandigheden met> 99% selectiviteit.

Au ₁ /BP nanosheets was in staat om de methaanoxidatiereactie te katalyseren met zuurstof als oxidatiemiddel onder bestralingsomstandigheden. Op basis van mechanistische studies, water en O ₂ werden geactiveerd op Au ₁ /BP nanosheets om reactieve hydroxylgroepen en OH-radicalen te vormen onder lichte bestraling. De reactieve hydroxylgroepen maakten een milde oxidatie van methaan tot CH . mogelijk ₃ soort, gevolgd door oxidatie van CH ₃ via OH-radicalen in methanol.

Aangezien water wordt verbruikt om hydroxylgroepen te vormen en wordt geproduceerd via reactie van hydroxylgroepen met methaan, water wordt hier volledig hergebruikt en kan dus ook als katalysator worden beschouwd.

Deze studie geeft inzicht in het activeringsmechanisme van zuurstof en methaan in methaanselectieve oxidatie, en biedt een nieuw begrip van de rol van water in het reactieproces.