中国科学技术大学吴宇恩团队在催化科学领域取得突破性进展，创新性地提出了铁嵌入的液态金属催化剂(Fe-LMS)体系，通过外部磁场精确调控甲烷氧化反应的产物选择性，为解决催化反应中"吸附能标度关系"这一长期挑战提供了全新思路。该研究在室温条件下实现了高产率和高选择性的甲烷氧化反应：无磁场时主要生成CH₃OOH（产率1,679.6 mmol g⁻¹ Fe h⁻¹，选择性99.9%），而500 Gs磁场下则主要生成CH₃COOH（产率790.5 mmol g⁻¹ Fe h⁻¹，选择性91.7%）。通过调节磁场强度(0-500 Gs)，研究者能够精细控制产物分布，系统表现出优异的可逆性，经过11次循环后仍保持高选择性。这一发现不仅突破了传统催化中"吸附能标度关系"的限制，还为工业催化提供了能耗低、操作简单的新型方法，有望大幅降低甲烷氧化制取高附加值化学品的能耗和成本，具有显著的工业应用前景。
合肥光源软X射线成像线站（BL07W）的X-ray 3D CT技术在该研究中发挥了关键作用，通过X-ray 3D CT成像，研究人员能够清晰观察到：在无磁场条件下，铁原子均匀分布在液态金属球体中；而在500 G磁场作用下，铁原子明显向一侧聚集。这种直接的空间分布可视化，为"磁场通过影响铁原子聚集状态来调控反应路径"这一核心假设提供了确凿的实验支持。X-ray 3D CT技术的非破坏性、高空间分辨率特点，使研究者能够在不破坏样品的情况下，实时观察催化剂微观结构的动态变化，为理解磁场如何调控催化剂结构和反应选择性提供了关键证据。这一技术应用不仅证实了研究假设，还为开发基于磁场调控的新型催化系统提供了重要方法学支持。
图1 A- C. 0G 下 Fe-LMS 的二维和三维 CT 重建图像。D-F. 500Gs下 Fe-LMS 的二维和三维CT重建图像。直观证明磁场对铁原子聚集的影响：在0 Gs磁场条件下，X-ray 3D CT显示铁原子均匀对称地分布在球体中（图1A）在500 Gs磁场条件下，X-ray 3D CT显示铁原子明显向一侧聚集（图1D）。
相关工作以“Magnetically tunable selectivity in methane oxidation enabled by Fe-embedded liquid metal catalysts”为题发表在顶级期刊Nature Nanotechnology上。
全文链接：https://doi.org/10.1038/s41565-025-02029-5
