在二十多年甲烷催化转化研究的基础上，包信和院士课题组将具有高催化活性的单中心低价铁原子通过两个碳原子和一个硅原子镶嵌在氧化硅或碳化硅晶格中，形成高温稳定的催化活性中心；甲烷分子在配位不饱和的单铁中心上催化活化脱氢，获得表面吸附态的甲基物种，进一步从催化剂表面脱附形成高活性的甲基自由基，随后在气相中经自由基偶联反应生成乙烯和其它高碳芳烃分子，如苯和萘等。在反应温度1090℃和空速21.4L gcat^-1·h^-1条件下，甲烷的单程转化率达48.1%，乙烯的选择性为48.4%，所有产物（乙烯、苯和萘）的选择性>99%。在60小时的寿命评价过程中，催化剂保持了极好的稳定性。与天然气转化的传统路线相比，该研究彻底摒弃了高耗能的合成气制备过程，大大缩短了工艺路线，反应过程本身实现了二氧化碳的零排放，碳原子利用效率达到100%。

各领域科研人员共同合作，该研究从原子水平上认识了催化剂单铁中心活性位的结构、自由基表面引发和气相偶联生成产物的反应机制，进而揭示了单铁活性中心抑制甲烷深度活化从而避免积碳的机理，首次将单中心催化的概念引入高温催化反应。（Direct, Nonoxidative Conversion of Methane to Ethylene, Aromatics, and Hydrogen, Science, 2014, 344, 616）