科學(xué)家實(shí)現(xiàn)清潔能源甲烷的選擇性轉(zhuǎn)化

我國科研人員領(lǐng)銜的國際科研團(tuán)隊(duì)攻克了甲烷的選擇性氧化這一催化研究中的世界性難題。利用新開發(fā)的催化劑，該團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了氧氣條件下將甲烷選擇性氧化為甲醇和乙酸。這一研究對(duì)于甲烷的轉(zhuǎn)化利用有著十分重要的價(jià)值。

2022年2月21日，記者從中國科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院獲悉，該院徐君研究員、鄧風(fēng)研究員、齊國棟副研究員等科研團(tuán)隊(duì)成員聯(lián)合英國卡迪夫大學(xué)格雷厄姆·哈欽斯教授等合作者，開發(fā)了金（AU）負(fù)載的ZSM-5沸石分子篩（AU/ZSM-5）催化劑，并利用該催化劑實(shí)現(xiàn)了甲烷在溫和條件下的選擇性氧化。

據(jù)齊國棟介紹，甲烷廣泛分布于天然氣、頁巖氣、煤層氣、甲烷水合物等之中，是最清潔、最豐富的天然碳資源。由于甲烷的儲(chǔ)藏地區(qū)往往十分偏遠(yuǎn)，因此在開采現(xiàn)場(chǎng)將甲烷轉(zhuǎn)化為可運(yùn)輸?shù)暮趸衔飳?duì)甲烷的高效利用具有重大意義。因甲烷的化學(xué)鍵能較大，通常需要高溫高壓的苛刻條件才能將其轉(zhuǎn)化。工業(yè)上采用的辦法是先將甲烷轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫氣組成的合成氣，再轉(zhuǎn)化為高附加值的產(chǎn)物。這一過程不僅能耗極高，而且容易出現(xiàn)二氧化碳等副產(chǎn)品。如何在溫和條件下直接將甲烷催化氧化為高附加值的化學(xué)品，是化學(xué)界一道備受關(guān)注的世界性難題。

據(jù)悉，利用AU/ZSM-5催化劑，可在120～240 ℃的溫度范圍內(nèi)，通過氧氣將甲烷選擇性氧化生成高附加值化學(xué)品甲醇和乙酸。該團(tuán)隊(duì)對(duì)催化反應(yīng)過程進(jìn)行了深入研究，闡明了甲烷的轉(zhuǎn)化反應(yīng)機(jī)制。相關(guān)研究成果近日已在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·催化》。