我院王野/成康教授团队在甲烷光催化定向转化研究方面取得重要进展，相关工作以“Direct Photocatalytic Anaerobic Conversion of Methane and Water to Acetone over RhPd Alloy-Modified TiO2”为题发表于《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/jacs.6c14611）。
甲烷分子对称性高且C–H键键能高，传统光催化氧化体系极易发生过度氧化，产物多局限于C1小分子或者乙烷等低碳烷烃。甲烷光催化制备C2+含氧化合物的报道较少，且大多需要额外共反应物来实现碳链增长。因此，能否仅以水作为唯一氧源，在光照条件下实现甲烷直接光催化转化生成丙酮，成为本领域亟待解决的关键科学问题。
王野/成康教授团队采用“合金助催化剂电子调控”的催化剂设计策略，通过在二氧化钛基底上负载RhPd双金属合金，显著提升了无氧体系下甲烷与水转化制备丙酮的光催化性能。该催化体系在90 oC、甲烷分压为15 bar的条件下，丙酮产率可达873μmol gcat–1 h–1，液相产物选择性达85%，同时可同步释放氢气，综合性能显著优于已报道的同类光催化甲烷转化体系。研究表明，光生空穴驱动水氧化产生羟基自由基，实现甲烷C–H键的活化裂解。经电子调控的RhPd合金实现了多功能协同作用，作为电子阱，加速光生载流子分离，同时富集原位生成的羰基中间体与甲基碎片，实现高活性、高选择性合成C3含氧化合物。该研究建立了无需外部CO与其他氧化剂的无氧光催化新策略，规避传统体系深度氧化的痛点，为光催化复杂多碳偶联反应的合金催化剂设计提供新的思路。
该工作是在我院王野教授、成康教授和中国科学院大学肖家栋副教授的共同指导下完成，吴雪娇教授对该工作给予了指导。我院2026届硕士毕业生郭志勇、2025级硕士生陈安薏和中国科学院大学2026级博士生张恒为论文共同第一作者。我院2023级本科生段宇轩参与了部分实验工作。该研究得到了国家重点研发计划（No. 2022YFA1504500），国家自然科学基金（22121001、U25B6005和22478386）等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c14611
