自由基在自然界中无处不在，在燃烧、聚合、生物、大气化学以及许多其他化学过程中发挥着重要作用。•OH在自然界中很容易产生，是一种备受关注的氧化物种。•OH可通过氢原子转移（hydrogen atom transfer, HAT）引发C–H键断裂，温和条件下实现氧化惰性化学分子。甲烷作为页岩气和甲烷水合物的主要成分，储量丰富，通过催化转化将甲烷转化为高价值化学品和燃料是实现化石燃料利用的有效途径。甲烷分子的高度对称性和稳定性导致其转化过程通常需要高温高压条件，能耗高，利用•OH引发的氢原子转移是活化甲烷分子的有效策略。但是，由于•OH具有较高的氧化电位（2.73 V相对于标准氢电极电势），会使甲烷的中间体和产物氧化为CO₂。特别是当•OH浓度较高时，还会存因•OH和甲烷的浓度不匹配引起的•OH自身淬灭。因此，调控•OH的浓度对于甲烷的高效和选择性转化至关重要。

近日，大连化物所的王峰，罗能超团队和清华大学的唐军旺团队合作，以水作为•OH来源，构建了一种光驱动的•OH缓冲体系用于甲烷活化。该•OH缓冲体系由Fe³⁺和SO₄^2–水溶液组成：光激发Fe³⁺水溶液的配体电子转移过程（ligand to metal charge transfer, LMCT）快速生成•OH，通过SO₄^2–与Fe³⁺的配位减缓•OH的生成。采用Ru/SrTiO₃:Rh半导体催化Fe²⁺和析氢，结合•OH缓冲体系实现了光催化甲烷脱氢偶联。

在研究中发现硫酸根和Fe³⁺形成配位后，可使光激发Fe³⁺水溶液的生成的大于99%的•OH用于甲烷活化。硫酸根会降低Fe³⁺的转化速率，当•OH过量时，SO₄^2–可促进•OH和Fe²⁺反应生成Fe³⁺，也降低体系中•OH的浓度，抑制•OH的淬灭和甲烷的过氧化。

利用Ru负载的SrTiO₃:Rh半导体结合Fe³⁺和SO₄^2–水溶液作为光催化体系用于甲烷的脱氢偶联，实现了优异的C₂₊烃类和H₂的产生速率，高的表观量子效率和较长时间的稳定性。

在该工作中，构建了一种缓冲•OH体系，提高了•OH利用率，并实现了甲烷的高效脱氢偶联。该工作中提出了一种调控活性自由基的策略，以实现选择性和高效的光催化。