本研究通过探究 CH₄和 O₂的吸附活化过程、C₂H₄与 COₓ生成路径，并结合微观动力学模拟，研究了完美及含氧缺陷的 LaAlO₃催化剂不同暴露端（LaO、AlO₂）以及 Mg、Ca、Sr 碱土金属掺杂体系的 OCM 反应行为，阐明了 LaAlO₃表面氧物种的形成、类型与演变规律，明确了活性氧物种本质及优势暴露端，发现碱土金属掺杂不改变表面氧物种类型但可通过调节其电子特性调控反应行为，证实 LaO 端具有更优的 C₂H₄生成性能且 Sr 掺杂 LaAlO₃体系 C₂H₄生成速率最高，从原子尺度揭示了 LaAlO₃催化 OCM 反应的构效关系与调控机制，为高性能 OCM 催化剂的理性设计提供了理论依据；仅选取 Mg、Ca、Sr 三种代表性碱土金属并完成完整的结构-性能关联分析即可构成系统研究，无需纳入所有碱金属与碱土金属。

图为 LaAlO₃催化剂在甲烷氧化偶联（OCM）反应中的表面结构、氧物种演化及催化性能关联示意图。图中展示了 LaAlO₃的两种典型表面终止相：左侧为 LaO - 终止相，右侧为 AlO₂- 终止相，中间为 LaAlO₃体相结构（彩色球分别代表 La、Al、O 等元素）。示意图直观呈现了氧物种在不同终止表面的演化路径：在 LaO - 终止表面，氧物种按 O₂→O₂⁻→O₂²⁻→O⁻的路径演化；在 AlO₂- 终止表面，氧物种则遵循 O₂→O₂⁻→O₂²⁻→O²⁻的路径演化。其中超氧物种 O₂⁻是甲烷解离的关键活性氧物种。研究表明，LaO - 终止相因具备更高的 CH₄解离活性、C₂H₄生成活性及选择性，成为主导活性终止相；而碱土金属（Mg、Ca、Sr）掺杂虽未改变氧物种类型，但可显著调控反应特性，且表面 O₂⁻的 Bader 电荷可作为预测 M/LaO-p-O₂⁻催化剂甲烷解离能力的有效描述符。

文献标题：Unraveling the evolution of oxygen species and its role in adjusting catalytic performance over LaAlO3-based catalysts in oxidative coupling of methane

期刊：Journal of Catalysis

通讯作者：王宝俊，章日光

第一作者：张雅倩

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jcat.2026.116695

资助：国家科技重大专项（2024ZD0606500）、国家重点研发计划（2021YFA1502804）、国家自然科学基金（U22A20430、U23A20132）、晋浙先进材料与化工研究院（2022SX-FR001）以及山西省留学回国人员科技活动择优资助项目（20250008）