全球熱點(diǎn)評(píng)！低成本甲烷轉(zhuǎn)甲醇：科學(xué)家成功在常溫常壓下實(shí)現(xiàn)光催化

1 bar 接近于海平面的 101325 Pa 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（來自：Chemical Communications）

SCI Tech Daily 指出，這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，是讓“天然氣”能源成為生產(chǎn)汽柴油的替代燃料的關(guān)鍵一步。

【資料圖】

盡管天然氣本身是一種化石燃料，但將其轉(zhuǎn)化為甲醇之后，最終燃燒排放的二氧化碳還是較其它同類燃料要少得多。

此外甲醇在巴西的生物柴油和化工生產(chǎn)中扮演著至關(guān)重要的角色，它可被用于合成各種產(chǎn)品。

展望未來，如果我們能夠從大氣中高效收集甲烷氣體、并轉(zhuǎn)化為液態(tài)的甲醇燃料，那也有很大的希望減輕這種溫室氣體對(duì)氣候變化的負(fù)面影響。

研究配圖 1：M-PHI 粉末的 XRD 圖譜 / 不同銅負(fù)載量下的甲烷轉(zhuǎn)化率

據(jù)悉，該研究得到了巴西圣保羅研究基金會(huì)（FAPESP）、教育部旗下高等研究委員會(huì)（CAPES）和國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展委員會(huì)（CNPq）的支持。

研究一作、UFSCar 物理系博士生 Marcos da Silva 向 Agência FAPESP 表示 —— 科學(xué)界對(duì)地球甲烷儲(chǔ)量的規(guī)模存在很大爭(zhēng)議。

有些人估計(jì)，其能源潛力或是所有其它化石燃料加起來的兩倍。但在向可再生能源過渡的過程中，我們也將不得不在某個(gè)時(shí)刻設(shè)法利用它們。

研究配圖 2：Cu-PHI / Fe-PHI 電子顯微鏡圖像（亮點(diǎn)為高度分散的金屬原子）

論文指導(dǎo)、UFSCar 的 Ivo Freitas Teixeira 教授表示，光催化劑是該研究中的一項(xiàng)關(guān)鍵創(chuàng)新。

在化學(xué)工業(yè)中，這種轉(zhuǎn)化至少需要經(jīng)歷兩個(gè)階段、通過在極端高溫高壓下產(chǎn)生氫氣和二氧化碳來實(shí)現(xiàn)。

但是該校研究團(tuán)隊(duì)已在溫和條件下、將甲烷氣體成功地轉(zhuǎn)化為液態(tài)甲醇，同時(shí)消耗了更少的能源。

放眼未來，這項(xiàng)研究成果還為利用太陽(yáng)能進(jìn)行甲烷轉(zhuǎn)化而鋪平道路。

研究配圖 3：Cu-PHI 和 Fe-PHI 催化劑的拉曼光譜分析

在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，科學(xué)家們使用地球上儲(chǔ)量相當(dāng)豐富的非貴金屬（比如銅）作為過渡介質(zhì)，合成了聚庚嗪酰亞胺（PHI）形式的結(jié)晶氮化碳、以生產(chǎn)具有活性的可見光催化劑。

接著他們?cè)谝赃^氧化氫為引發(fā)劑的甲烷氧化反應(yīng)中投入了此類光催化劑，并發(fā)現(xiàn) Cu-PHI 能夠產(chǎn)生大量含氧液體產(chǎn)物，尤其是甲醇（四小時(shí)內(nèi)每克材料 2900 微摩爾）。

Teixeira 教授補(bǔ)充道 ——“我們發(fā)現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)所必須的最佳催化劑和其它條件，例如使用大量的水（H?O）+ 少量的過氧化氫（H?O?）氧化劑”。

接下來的步驟，包括更多地了解材料中的活性銅位點(diǎn)、及其在反應(yīng)中的作用。此外他們計(jì)劃直接在反應(yīng)過程中使用氧氣來生產(chǎn)過氧化氫，以進(jìn)一步提升其安全和經(jīng)濟(jì)可行性。

研究配圖 4：Cu-PHI 催化劑對(duì)甲烷光氧化的機(jī)理研究

另一方面，UFSCar 團(tuán)隊(duì)將深入調(diào)查銅在反應(yīng)中起到的作用。在撰寫這篇文章之時(shí)，他們還不清楚分散的銅是孤立原子、還是結(jié)成簇，但現(xiàn)在已知是后者。

最后，研究人員希望后續(xù)能夠不使用純甲烷作為原料、探索從生物質(zhì)等可再生能源中提取該溫室氣體。

參考聯(lián)合國(guó)數(shù)據(jù)，自前工業(yè)時(shí)代以來，甲烷在全球變暖中起到了約 30% 的作用。而未來十年，人們活動(dòng)的甲烷排放量有望大減 45%，以避免在 2045 年讓氣溫上升近 0.3 ℃ 。

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