英國(guó)曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)，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。這一成果不僅有助于節(jié)能減排，且能獲得經(jīng)濟(jì)收益，因?yàn)榈玫降募状伎捎糜谥圃旌芏嘤杏玫奈锲?。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(yùn)輸和儲(chǔ)存困難，它也很危險(xiǎn)。此外，甲烷氣體釋放或泄漏到大氣中也對(duì)環(huán)境有害。過量甲烷通常被燒掉，以減少其對(duì)環(huán)境的影響，但燃燒會(huì)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(jì)高效的方法將甲烷轉(zhuǎn)化為甲醇，隨著石油儲(chǔ)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。

研究人員解釋說，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(gè)階段：蒸汽重整以及合成氣氧化，但需要在高溫高壓下進(jìn)行，會(huì)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(jī)框架(MOF)催化材料和可見光來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化進(jìn)行。當(dāng)暴露在光下時(shí)，甲烷和含氧水流過MOF顆粒層。MOF包含不同的設(shè)計(jì)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。研究人員還借助美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室散裂中子源上的設(shè)施對(duì)此過程進(jìn)行了觀察及確認(rèn)。

研究人員表示，這一過程沒有產(chǎn)生不良副產(chǎn)物。而且，實(shí)驗(yàn)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(shí)反應(yīng)時(shí)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(zhǎng)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)。” (記者劉霞)