甲烷（CH4）是仅次于二氧化碳（CO2）的第二大温室气体，由于其对环境和气候的深远影响而备受关注[1]。根据政府间气候变化专门委员会（IPCC）的第六次评估报告，甲烷的全球变暖潜力是CO2的27.9倍[2]。鉴于甲烷比CO2具有更强的温室效应，加上在某些偏远地区（如油井和沼气厂）储存和运输能力有限，每年有大量甲烷被燃烧掉[3]。据估计，每年约有1500亿立方米的甲烷被燃烧，占全球天然气产量的约3.5%，造成了巨大的资源浪费[2]。与直接燃烧相比，将甲烷转化为更具环境和经济价值的产品是一个值得研究的方向。
甲醇（CH3OH）作为最简单的单羟基醇，保留了甲烷的大部分能量[4]。它具有良好的能量储存性能并且燃烧清洁。目前，工业上从甲烷生产甲醇依赖于间接的两步过程：先将甲烷蒸汽重整为合成气，再通过费托合成法制备甲醇[5]。由于该过程条件苛刻、处理要求高、能耗大和设备成本高，这种方法不适合小规模应用。因此，人们一直在探索在温和条件下直接将甲烷氧化为甲醇（MTM）的途径，以通过小型工厂和装置实现甲烷资源的分布式利用[6]。然而，由于甲烷的C-H键非常强（439 kJ·mol-1），而甲醇（CH3OH）的活性较高，这种差异导致在激活甲烷所需的条件下甲醇容易过度氧化为COx，使得一步法难以获得高产率的甲醇。
过去几十年中，直接转化MTM的热催化过程得到了广泛研究[7]、[8]、[9]，但这些方法通常存在一些局限性，例如需要使用昂贵的氧化剂（H2O2）、甲烷产量不稳定以及依赖昂贵的氧化剂[10]、[11]。光催化MTM利用太阳能温和地激活甲烷，但由于光吸收效率低、电子-空穴复合快以及气体甲烷向催化剂表面的传质不良，通常产物浓度较低[12]。随着可再生电力成本的下降，电催化MTM受到了关注，但仍存在气体溶解度低、溶剂稳定性差和产物分离困难等挑战[13]。
鉴于上述方法的局限性，非热等离子体（NTP）催化作为一种在常温条件下实现高效甲烷转化的有前景的技术而受到关注[14]、[15]。与热过程不同，NTP能够生成活性电子、自由基和激发态物种，无需高温或高压即可断裂C-H键，从而克服了热力学限制[16]。这种方法还具有操作灵活性、响应迅速以及与间歇性可再生电力的兼容性，特别适合模块化和分布式甲烷转化。尽管如此，在等离子体催化MTM中实现高甲醇选择性仍然具有挑战性，大多数报道的选择性低于50%。例如，Chawhury等人使用Fe/γ-Al2O3在介电屏障放电反应器中获得了36%的甲醇选择性[17]；Yi等人使用Ni/γ-Al2O3催化剂在等离子体中实现了50%的甲醇选择性[18]；Lv等人在使用Cu-MOR沸石的情况下获得了51%的甲醇选择性，甲烷转化率为7.9%[19]。这些渐进式的改进证实了催化剂的有益作用。然而，一个根本性的挑战仍然存在：如何合理设计催化剂，以最佳地引导非选择性的等离子体驱动反应网络向甲醇方向进行。
传统的浸渍方法通常制备出纳米粒子尺寸较大的负载金属催化剂（例如，>10 nm），这限制了可利用的活性位点数量，从而影响反应物的转化效率。值得注意的是，最新研究表明，提高活性组分的分散度可以提升催化性能[20]、[21]、[22]。高度分散的金属中心增强了活性位点的可用性，并通常表现出有利于选择性反应物激活和中间体稳定的电子和几何特性[23]、[24]。基于这些考虑，本研究系统地研究了镍分散度及其在Silicalite-1沸石载体上的局部配位环境的影响。通过初始湿润浸渍和水热合成制备了一系列Ni/S-1催化剂，并采用X射线光电子能谱（XPS）、X射线吸收光谱（XAS）和原位漫反射红外傅里叶变换光谱（DRIFTS）等表征技术来探究催化剂结构并阐明反应路径。通过建立催化剂结构与催化性能之间的内在关系，本研究旨在阐明等离子体-催化剂协同增效的结构基础，并为高效等离子体催化系统的设计提供新的见解。
