人工晶体学报

作者：秦纪龙, 李向远, 张璐璐, 刘建新, 李瑞

单位：1.太原理工大学环境与生态学院，太原 030024；2.天脊煤化工集团股份有限公司，长治 047500；3.太原学院材料与化学工程系，太原 030032

关键词：甲烷,光催化,WO3-x,第一性原理,密度泛函理论,

基金：国家自然科学基金面上项目(22478273);山西省中央引导地方科技发展资金项目(YDZJSX20231A014);山西省科技合作交流专项项目(202304041101040)

甲烷氧化制甲醇的关键挑战在于催化剂对CH4分子的高效活化。非化学计量比WO3-x （0<x<3）因氧空位的可控性，兼具结构稳定性与导电性优势，成为新型催化材料的研究热点。本文采用密度泛函理论方法，系统研究了六种不同WO3-x 催化甲烷氧化制甲醇的性能，并从物质结构、表面位点、甲烷氧化性能和电子性质等多个角度解析了过程机制。结果表明，WO2.72催化剂的WO端面由于较低的功函数、W 5d轨道与CH4分子间的杂化作用，以及W原子态较强的供电子能力等因素，拥有较低的CH4吸附自由能（-0.62 eV）和解离自由能（-0.07 eV），从而表现出较强的甲烷吸附和活化能力。本文研究为探索WO3-x 催化剂在甲烷氧化反应中的应用提供了理论指导。

来源：2025年第8期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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