中国科学院上海高等研究院低碳转化科学与工程重点实验室研究员钟良枢、孙予罕团队构建了ZSM-5负载的二核Fe位点催化剂（Fe-BN/ZSM-5），并用于CH4直接转化制备CH₃COOH。采用多种先进表征如球差电镜（AC-HAADF-STEM）、X-射线吸收精细结构（XAFS）、紫外光谱（UV-vis）和拉曼光谱（Raman），证实了二核Fe位点（[Fe(III)-(μO)₂-Fe(III)-(OH)₂]）的结构。Fe-BN/ZSM-5催化剂在近室温条件下同时展现了超高的含氧产物总选择性和CH3COOH在含氧产物中的选择性。在一定条件下，Fe-BN/ZSM-5催化剂的CH₃COOH生成速率甚至优于ZSM-5负载的Rh、Ir和Ru贵金属催化剂。在30°C下，含氧产物选择性高达89%，CH3COOH在含氧产物中的选择性高达66%。若不考虑生成的CO₂，CH₃COOH在含氧产物中的选择性可高达100%。基于同位素示踪实验和理论计算等分析，研究人员提出了在二核Fe位点上CH₄、H₂O₂和CO制备CH₃COOH的反应机理。首先，H₂O₂在二核Fe位点上得到吸附态的羟基物种（OH*），随后OH*物种可以与CH₄反应并生成甲基自由基（·CH₃）。进一步发生CO吸附生成吸附态的CO物种（CO*），随后·CH₃分别和CO*/OH*偶联得到吸附态的乙酰基（CH₃CO*）物种和乙酸物种（CH₃COOH*）。最后形成CH₃COOH并再生二核Fe位点。相比于CH₄与OH*经过一步直接得到CH₃OH而言，·CH₃与CO*和OH*直接偶联得到CH₃COOH在热力学和动力学上都更有利，因此在CH₄直接转化中展现出更高的CH₃COOH选择性。研究成果以Fe binuclear sites convert methane to acetic acid with ultrahigh selectivity为题发表于Chem。