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圖片來源：美國橡樹嶺國家實驗室/吉爾·赫曼
科技日報記者 劉霞
英國曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究團隊，開發(fā)了一種利用光和光催化材料，在常溫常壓下將甲烷直接轉(zhuǎn)化為液態(tài)甲醇的快捷方法。最新研究不僅有助于節(jié)能減排，且能獲得經(jīng)濟收益，因為得到的甲醇可用于制造很多有用的物品，相關(guān)研究近日發(fā)表于《自然·材料》雜志。
天然甲烷是一種豐富而寶貴的燃料，但由于提取、運輸和儲存困難，它也很危險。此外，甲烷氣體在釋放或泄漏到大氣中時也對環(huán)境有害。過量甲烷通常被燒掉，以減少其對環(huán)境的影響，但燃燒會產(chǎn)生溫室氣體二氧化碳。鑒于此，工業(yè)界一直在尋求經(jīng)濟高效的方法將甲烷轉(zhuǎn)化為甲醇，隨著石油儲量不斷減少，將甲烷轉(zhuǎn)化為甲醇等燃料也越來越有吸引力。
研究人員解釋稱，將甲烷轉(zhuǎn)化為甲醇面臨的主要挑戰(zhàn)在于削弱或破壞碳—氫化學(xué)鍵，以插入氧原子形成碳—氫氧鍵。傳統(tǒng)轉(zhuǎn)化方法通常包括兩個階段：蒸汽重整以及合成氣氧化，但需要在高溫高壓下進行，會消耗大量能源、成本高且效率低。
最新方法使用新型金屬有機框架（MOF）催化材料和可見光來驅(qū)動轉(zhuǎn)化進行。當(dāng)暴露在光下時，甲烷和含氧水流過MOF顆粒層。MOF包含不同的設(shè)計組件，這些組件位于多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)固定的位置上，共同吸收光，產(chǎn)生電子，這些電子被傳遞到孔內(nèi)的氧氣和甲烷中，形成甲醇。而且，研究人員也借助美國橡樹嶺國家實驗室散裂中子源上的設(shè)施對此過程進行了觀察及確認。
研究人員表示，這一過程沒有產(chǎn)生不良副產(chǎn)物。而且，實驗表明，固體催化劑在被分離、清洗、干燥和重復(fù)使用至少10次（或約200小時反應(yīng)時間）后，性能沒有出現(xiàn)任何損失。
最新研究通訊作者、曼徹斯特大學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院院長馬丁·施羅德說：“新光催化過程類似于植物的光合作用，葉子吸收陽光和二氧化碳，光催化過程隨后將這些元素轉(zhuǎn)化為糖、氧氣和水蒸氣?，F(xiàn)在我們可以用類似過程將甲烷直接轉(zhuǎn)化為甲醇，而且，這種新型MOF材料也有望催化其他化學(xué)反應(yīng)。”
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