甲烷化学链选择性氧化是一种新型、高效的合成气制备工艺，其关键是氧载体。铁基氧载体因其成本低、环境友好的特点备受关注，但仍存在反应活性和产物选择性难兼得的问题。因此，如何调节铁基氧化物中的晶格氧活性，使其能有效活化甲烷的同时避免过度氧化反应仍然具有挑战性^[1]。本文通过溶胶-凝胶法制备了系列Al掺杂LaFeO₃氧载体，研究发现LaFe_1-xAl_xO₃氧载体中掺杂Al后通过构建不对称配位的Fe-O-Al结构能增强甲烷分子的C-H键活化，同时抑制过氧化反应，进而提高合成气。机理研究表明：Al掺杂使Fe-O-Al(-1.20e)的氧周围积累了比Fe-O-Fe(-1.08e)更多的电子，从而提高了Fe-O键的共价性，增强了氢(来自CH₄)在氧上的吸附，降低了C-H键断裂的活化势垒（Fe-O-Al为0.87eV，Fe-O-Fe为1.05eV)^[2]。此外，Al-O相互作用导致Fe-O-Al的氧空位形成能(3.81eV)高于Fe-O-Fe的氧空位形成能(3.43eV)，避免了过氧化反应。Fe-O-Al甲烷活化和Fe-O-Fe供氧的协同作用使甲烷制合成气的性能得到提高，为设计有前途的化学环化反应或选择性C-H键活化的催化转化催化剂铺平了道路。
 

甲烷、合成气、钙钛矿、不对称结构、协同作用