精密測量院擁有兩個國家重點實驗室，一個國家大型科學(xué)儀器中心，一個國家臺站網(wǎng)等4個國家級平臺，各類省部級重點平臺基地20余個。 現(xiàn)有職工600余人，其中院士4人、杰青13人，各類國家、科學(xué)院、省部級人才占比60%以上。2017年至今，在精密測量領(lǐng)域承擔了數(shù)十項重大重點項目，其中，國家戰(zhàn)略先導(dǎo)專項（2.5億元）1項、重點研發(fā)計劃12項、各類重大儀器研制專項10余項。精密探測技術(shù)和儀器已成為精密測量院滿足國家需求和社會經(jīng)濟發(fā)展的優(yōu)勢領(lǐng)域方向。 ...
中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院（以下簡稱精密測量院）是由中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所（始建于1958年）、中國科學(xué)院測量與地球物理研究所（始建于1957年）融合組建而成，是湖北省首個中國科學(xué)院創(chuàng)新研究院。 回望來時路，崢嶸六十載。在方俊、王天眷、張承修、李鈞、李國平、丁夏畦、許厚澤、葉朝輝等老一輩科學(xué)家的帶領(lǐng)下，精密測量院歷經(jīng)幾代科技工作者的辛勤努力和開拓創(chuàng)新，解決了一系列事關(guān)國家全局的重...
近日，精密測量院固體核磁共振與多相催化團隊在光催化甲烷選擇性氧化活性和機理研究方面取得重要進展。團隊發(fā)現(xiàn)亞納米團簇MoOx錨定在TiO2納米片上能夠有效抑制甲烷氧化過程中CO2的生成，大幅提高含氧有機產(chǎn)物的選擇性。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。
甲烷（CH4）是一種豐富的自然資源，但其化學(xué)惰性使得直接將其轉(zhuǎn)化為高附加值的含氧化合物（如甲醇、甲醛等）面臨巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的熱催化方法需要高溫高壓條件，不僅能耗高，而且選擇性差，容易導(dǎo)致過度氧化。光催化技術(shù)利用太陽能驅(qū)動甲烷氧化反應(yīng)，具有綠色、經(jīng)濟的優(yōu)勢，但如何提高光催化反應(yīng)的選擇性和活性仍然是一個亟待解決的問題。助催化劑的加入能夠顯著提高光生載流子的分離效率，從而顯著提高甲烷轉(zhuǎn)化活性，由于傳統(tǒng)使用的貴金屬（Au）助催化劑價格昂貴，廉價的非貴金屬（Ni、Co等）助劑的使用引起人們廣泛關(guān)注，但是仍存在選擇性與轉(zhuǎn)化率不能同時兼顧的挑戰(zhàn)。
研究團隊開發(fā)了一種基于TiO2的光催化劑（圖1a），通過在其表面錨定亞納米級（0.6 nm）的MoOx團簇（圖1b），實現(xiàn)了高效的甲烷光催化氧化反應(yīng)。負載量為0.5%MoOx催化劑表現(xiàn)出最優(yōu)的催化活性，2小時內(nèi)實現(xiàn)了3.8mmol/g的有機含氧化合物產(chǎn)率，且選擇性接近100%（圖1c），在365nm處的表觀量子產(chǎn)率達到13.3%。該催化劑在長達1800分鐘的反應(yīng)過程中表現(xiàn)出幾乎恒定的產(chǎn)物生成率和高選擇性（>95%），顯示出優(yōu)異的穩(wěn)定性（圖1d）。通過對反應(yīng)機理的EPR 和NMR譜學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)MoOx團簇能夠活化O2形成表面活性物種（Mo?OO和Mo?OOH）以促進甲烷碳-氫鍵的活化形成反應(yīng)中間體（Mo-CH2，圖2b），從而有效抑制羥基自由基（?OH）和超氧自由基（O2??）的形成，減少產(chǎn)物的過度氧化（圖2a），光生電子還原的Mo物種在水的存在下能夠促進甲醛從催化劑表面脫除，從而抑制了進一步的氧化（圖2c）。該研究為設(shè)計高效的非貴金屬催化劑提供了新的思路，推動甲烷轉(zhuǎn)化技術(shù)的實際應(yīng)用。
(a) TiO2的SEM圖；
(b) 0.5MoOx-TiO2的ACHAADF-STEM圖；
(c) 不同Mo負載量催化劑光催化甲烷氧化活性和選擇性；
(d) 延長反應(yīng)時間在0.5MoOx-TiO2催化劑上光催化甲烷氧化活性和選擇性
(a)自由基捕獲EPR實驗，DMPO作為捕獲試劑；
(b) 0.5MoOx-TiO2和TiO2催化劑在不同光照時間下的原位固體NMR實驗；
(c) 反應(yīng)機理圖
相關(guān)研究以“Subnanometric MoOx clusters limit overoxidation during?? photocatalytic CH4conversion to oxygenates over TiO2”為題發(fā)表在《自然-通訊》上。精密測量院的博士研究生吳盼盼為第一作者，精密測量院研究員褚月英和北京大學(xué)馬丁課題組博士研究生王茂林為共同第一作者，精密測量院研究員馮寧東和鄧風、合作單位日本物質(zhì)材料研究機構(gòu)（NIMS）教授葉金花為通訊作者。
該項研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院的支持。
????論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-59465-z
科研動態(tài)
精密測量院在光催化甲烷選擇性氧化活性和機理研究方面取得重要進展
近日，精密測量院固體核磁共振與多相催化團隊在光催化甲烷選擇性氧化活性和機理研究方面取得重要進展。團隊發(fā)現(xiàn)亞納米團簇MoOx錨定在TiO2納米片上能夠有效抑制甲烷氧化過程中CO2的生成，大幅提高含氧有機產(chǎn)物的選擇性。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。
甲烷（CH4）是一種豐富的自然資源，但其化學(xué)惰性使得直接將其轉(zhuǎn)化為高附加值的含氧化合物（如甲醇、甲醛等）面臨巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的熱催化方法需要高溫高壓條件，不僅能耗高，而且選擇性差，容易導(dǎo)致過度氧化。光催化技術(shù)利用太陽能驅(qū)動甲烷氧化反應(yīng)，具有綠色、經(jīng)濟的優(yōu)勢，但如何提高光催化反應(yīng)的選擇性和活性仍然是一個亟待解決的問題。助催化劑的加入能夠顯著提高光生載流子的分離效率，從而顯著提高甲烷轉(zhuǎn)化活性，由于傳統(tǒng)使用的貴金屬（Au）助催化劑價格昂貴，廉價的非貴金屬（Ni、Co等）助劑的使用引起人們廣泛關(guān)注，但是仍存在選擇性與轉(zhuǎn)化率不能同時兼顧的挑戰(zhàn)。
研究團隊開發(fā)了一種基于TiO2的光催化劑（圖1a），通過在其表面錨定亞納米級（0.6 nm）的MoOx團簇（圖1b），實現(xiàn)了高效的甲烷光催化氧化反應(yīng)。負載量為0.5%MoOx催化劑表現(xiàn)出最優(yōu)的催化活性，2小時內(nèi)實現(xiàn)了3.8mmol/g的有機含氧化合物產(chǎn)率，且選擇性接近100%（圖1c），在365nm處的表觀量子產(chǎn)率達到13.3%。該催化劑在長達1800分鐘的反應(yīng)過程中表現(xiàn)出幾乎恒定的產(chǎn)物生成率和高選擇性（>95%），顯示出優(yōu)異的穩(wěn)定性（圖1d）。通過對反應(yīng)機理的EPR 和NMR譜學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)MoOx團簇能夠活化O2形成表面活性物種（Mo?OO和Mo?OOH）以促進甲烷碳-氫鍵的活化形成反應(yīng)中間體（Mo-CH2，圖2b），從而有效抑制羥基自由基（?OH）和超氧自由基（O2??）的形成，減少產(chǎn)物的過度氧化（圖2a），光生電子還原的Mo物種在水的存在下能夠促進甲醛從催化劑表面脫除，從而抑制了進一步的氧化（圖2c）。該研究為設(shè)計高效的非貴金屬催化劑提供了新的思路，推動甲烷轉(zhuǎn)化技術(shù)的實際應(yīng)用。
(a) TiO2的SEM圖；
(b) 0.5MoOx-TiO2的ACHAADF-STEM圖；
(c) 不同Mo負載量催化劑光催化甲烷氧化活性和選擇性；
(d) 延長反應(yīng)時間在0.5MoOx-TiO2催化劑上光催化甲烷氧化活性和選擇性
(a)自由基捕獲EPR實驗，DMPO作為捕獲試劑；
(b) 0.5MoOx-TiO2和TiO2催化劑在不同光照時間下的原位固體NMR實驗；
(c) 反應(yīng)機理圖
相關(guān)研究以“Subnanometric MoOx clusters limit overoxidation during?? photocatalytic CH4conversion to oxygenates over TiO2”為題發(fā)表在《自然-通訊》上。精密測量院的博士研究生吳盼盼為第一作者，精密測量院研究員褚月英和北京大學(xué)馬丁課題組博士研究生王茂林為共同第一作者，精密測量院研究員馮寧東和鄧風、合作單位日本物質(zhì)材料研究機構(gòu)（NIMS）教授葉金花為通訊作者。
該項研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院的支持。
????論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-59465-z