中科院山西煤化所覃勇/张斌团队使用原子层沉积技术在介孔硅中沉积形成强的 Fe-O-Si 键来构筑孤立的Fe(3+) 物种，所得FeO_x/SBA-15催化剂在强氧化体系（H₂O₂）中环己烷选择性氧化为环己酮具有较高的选择性、活性和稳定性。

碳氢化合物是化学工业的主要原料，直接将碳氢化合物选择性氧化制取高价值含氧化学品的最具挑战性但也最具吸引力的工艺，例如，通过模拟双核 Fe 物种作为活化中心的烷烃生物单加氧酶而开发的负载 Fe 基催化剂。为了提高催化活性和选择性，人们对载体上 Fe 物种的原子数目、位置、金属与支撑体之间的相互作用以及配位结构进行了调节。然而，在碳氢化合物氧化过程中，由于过度氧化、副反应以及苛刻氧化条件下 Fe 物种的演化，平衡催化活性和选择性仍是一项挑战。H₂O₂能够在温和的反应条件下通过铁催化剂实现碳氢化合物的氧化。然而，由于氧化剂（如 H₂O₂）和产物（H₂O、ROH、RCOOH 等）的溶解特性以及金属与反应物或溶剂之间形成的高毒性金属络合物，致使活性金属位点溶解或化学结构改变，进而导致催化活性的降低。此外，由于Fe离子的溶解，不能排除在均相催化中观察到的失控自由基连锁过度氧化反应。因此，在载体上沉积超稳定的金属位点是设计碳氢化合物氧化催化剂的关键原则，同时也有利于揭示清晰的催化机理。

原子层沉积（ALD）是一种通过前驱体表面化学吸附和连续自限制反应沉积高级薄膜的技术。最近，中国科学院山西煤炭化学研究所张斌副研究员和覃勇研究员团队利用自制的旋转式 ALD 反应器在介孔硅（SBA-15）中构建高度分散和孤立的 Fe（3+）物种，从而得到了 FeO_x/SBA-15催化剂。具有孤立 Fe(3+) 物种的 10FeO_x/SBA-15催化剂显示出最高的催化活性（环己酮选择性>84%，TOF为15.2 h^-1），是具有相同铁含量的浸渍法制得 0.13 wt%FeO_x/SBA-15-IM 催化剂的 47 倍。由于孤立的Fe 物种与载体SiO₂之间存在很强的化学作用，因此具有较高的稳定性，重复使用多次不失活。与 FeO_x 纳米粒子相比，具有强 Fe-O-Si 键的孤立 Fe(3+) 物种对 H₂O₂ 的活化能力更强，因而在环己烷氧化中具有更高的催化活性。此外，基于原位红外、拉曼和EPR等结果，还提出了合理的非自由基机制。这项工作为制备高效烷烃氧化催化剂提供了一种潜在的策略。论文第一作者为中科院山西煤化所翟黎明，通讯作者为张斌副研究员和覃勇研究员。