甲烷催化选择转化是化学领域的圣杯，发展温和条件下的高效转化过程极具挑战性。耦合可再生的光/电能，有望实现CH₄温和条件下的高效催化转化制高值化学品。CH₄无氧偶联(NOCM)可同时产生C₂H₆和H₂，是最重要的CH₄直接转化途径之一，但通常需要高温等苛刻反应条件，技术难度大、能耗高。光驱动的NOCM反应可在室温、常压条件下进行，但C₂H6生成速率和选择性仍不理想。

近日，厦门大学王野&谢顺吉团队，将NOCM反应的C₂H₆生成和H₂生成过程解耦，发展了光化学CH₄偶联制乙烷耦合电化学制氢的NOCM新过程，独特配位结构的Fe³⁺可实现CH₄的选择转化，生成的Fe²⁺可用于低能耗的电化学析氢，实现太阳能驱动的Fe³⁺/Fe²⁺循环和CH₄转化制C₂H₆和H₂。

系统研究多种可变价的过渡金属离子的光化学CH₄转化过程，发现只有Fe³⁺能够在光驱动下诱导CH₄转化生成C₂H₆，C₂选择性可达94%，C²⁺生成速率优于已报道的NOCM光化学体系。Fe³⁺在光照下还能高选择性地诱导苯制苯酚和环己烷制环己醇/环己酮(KA oil)的反应过程，显示出了高效活化惰性分子C−H键的普适性。

独特的水合Fe³⁺离子结构([Fe(H₂O)₅OH]²⁺)是保证反应活性和选择性的关键，其在光激发下可产生分子内电荷转移跃迁，Fe³⁺还原成Fe²⁺，同时释放出羟基自由基(•OH)。•OH可选择活化CH₄的C−H键生成甲基自由基(•CH₃)，两个•CH₃进一步C−C偶联生成C₂H₆。通过耦合阳极Fe²⁺氧化和阴极还原水产氢，不仅可以实现Fe³⁺/Fe²⁺循环，还可以同时获得H₂，并显著降低电解制氢能耗。

王野&谢顺吉团队巧妙构建了节能、可持续的铁离子循环系统用于高选择性CH₄偶联制C₂H₆和低能耗制氢。该工作为经济高效的CH₄利用和制氢体系的设计和构建提供了一种新思路，具有重要借鉴意义。