隨著水力壓裂技術(shù)的進步，天然氣田的豐富蘊藏量正逐漸展露眼前。天然氣的主要成分是甲烷。目前，大部分產(chǎn)生的甲烷被燃燒用于加熱，運輸和發(fā)電目的。同時，甲烷是人類活動釋放的第二大溫室氣體，對全球變暖的危害性比二氧化碳還要高25倍。因此，提純甲烷、發(fā)展甲烷轉(zhuǎn)化技術(shù)，是高效清潔地利用甲烷的重要前提。
目前工業(yè)途徑是通過蒸汽或干重整，以產(chǎn)生合成氣(CO和H的混合物)，隨后費-托合成或合成甲醇的。通過高于700℃的高溫制造蒸汽不僅需要巨大的能量輸入，且焦化會導(dǎo)致催化劑失活。另外一種方法是在溫和條件下，使用介質(zhì)將甲烷直接轉(zhuǎn)化成化學(xué)品或液體燃料。但這些方法通常涉及腐蝕性氧化劑或昂貴的介質(zhì)，如H2?2，發(fā)煙硫酸，三氟乙酸和氫溴酸，同樣不適合于商業(yè)化。
為了解決甲烷的清潔利用問題，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心和中國科技大學(xué)化學(xué)物理系的聯(lián)合團隊利用水作為催化劑，借助光照的溫和加熱，與單原子金反應(yīng)，成功將甲烷溫和氧化為甲醇。
光催化提供一種有效的方法，以驅(qū)動在溫和條件下在熱力學(xué)非自發(fā)反應(yīng)。研究人員采用黑磷Au1 / BP)納米片以吸收寬帶太陽能，提供反應(yīng)當(dāng)中的光催化條件。
當(dāng)滿足在90°C的光照射下(1.2 W)，放置在33 bar混合氣體(CH4：O2=10：1)加壓的水中，Au1 / BP納米片的質(zhì)量活性為113.5μmolg催化劑-1?= 10：1)這三個條件時，甲烷氧化過程中，甲醇的選擇性高達(dá)> 99%。
機理研究表明，水有助于O2的活化，在光照射下產(chǎn)生活性羥基和?OH自由基。羥基與甲烷在Au單原子處反應(yīng)形成水和CH3物種，然后通過?OH自由基將CH3氧化為甲醇。考慮到整個過程中水的循環(huán)利用，我們也可以將水視為催化劑。
該研究對于高效清潔利用甲烷提供了新的可能性，為保障我國能源安全，解決化工業(yè)對石油資源的高度依賴具有重大意義。
轉(zhuǎn)自：前瞻網(wǎng)
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