英國曼徹斯特大學科學家領導的一個國際研究團隊，開發了一種利用光和光催化材料，在常溫常壓下將甲烷直接轉化為液態甲醇的快捷方法。這一成果不僅有助于節能減排，且能獲得經濟收益，因為得到的甲醇可用于制造很多有用的物品。相關研究近日發表于《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，甲烷氣體釋放或泄漏到大氣中也對環境有害。過量甲烷通常被燒掉，以減少其對環境的影響，但燃燒會產生溫室氣體二氧化碳。鑒于此，工業界一直在尋求經濟高效的方法將甲烷轉化為甲醇，隨著石油儲量不斷減少，將甲烷轉化為甲醇等燃料也越來越有吸引力。
研究人員解釋說，將甲烷轉化為甲醇面臨的主要挑戰在于削弱或破壞碳—氫化學鍵，以插入氧原子形成碳—氫氧鍵。傳統轉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動轉化進行。當暴露在光下時，甲烷和含氧水流過MOF顆粒層。MOF包含不同的設計組件，這些組件位于多孔結構內固定的位置上，共同吸收光，產生電子，這些電子被傳遞到孔內的氧氣和甲烷中，形成甲醇。研究人員還借助美國橡樹嶺國家實驗室散裂中子源上的設施對此過程進行了觀察及確認。
研究人員表示，這一過程沒有產生不良副產物。而且，實驗表明，固體催化劑在被分離、清洗、干燥和重復使用至少10次(或約200小時反應時間)后，性能沒有出現任何損失。
最新研究通訊作者、曼徹斯特大學科學與工程學院院長馬丁·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化為糖、氧氣和水蒸氣。現在我們可以用類似過程將甲烷直接轉化為甲醇，而且，這種新型MOF材料也有望催化其他化學反應。” (記者劉霞)
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