研究人员开发新方法将甲烷气体转化为液体甲醇

汽车盖世汽车网 2022-08-04 13:15

盖世汽车讯据外媒报道，一组研究人员成功地利用铜等轻而分散的过渡金属，将甲烷转化为甲醇，这一过程被称为光氧化（photo-oxidation）。据称这是迄今在环境温度和压力（分别为25°C和1 bar）下将甲烷气体转化为液体燃料的最佳反应。

在利用天然气生产汽油和柴油替代燃料的道路上，这项研究迈出了重要一步。天然气被视为一种化石燃料，比起其他同类液体燃料，将其转化为甲醇所排放的二氧化碳（CO2）更少。此外，从大气中捕集甲烷，对于减轻气候变暖趋势至关重要。

此项研究中使用的光催化剂是一项关键创新。圣卡洛斯联邦大学（UFSCar）的 Ivo Freitas Teixeira教授表示：“我们的研究团队取得了重大创新，实现了单阶段氧化甲烷。在化学工业中，这种转化过程要在非常高的温度和压力条件下，至少通过两个阶段来生产氢和二氧化碳。我们成功地在温和条件下获得甲醇，同时消耗更少的能源，这是向前迈出的一大步。”

研究人员表示，未来有望利用太阳能进行这一转换过程，并可能进一步减少环境影响。

光催化剂

在实验室里，为了生产活性可见光催化剂，研究人员利用非贵金属或储量丰富的过渡金属，特别是铜，以聚七嗪酰亚胺（PHI）的形式合成了结晶氮化碳。然后，将光催化剂用于以过氧化氢为引发剂的甲烷氧化反应。铜-PHI催化剂产生大量含氧液体产物，特别是甲醇（每克物质2900微摩尔，或四小时内µmol.g-1）。

Teixeira表示：“我们发现了最好的催化剂和化学反应必需的其他条件，比如使用大量的水和少量过氧化氢，过氧化氢是一种氧化剂。研究人员下一步将深入了解材料中的活性铜位置，及其在反应中的作用。我们还计划在反应过程中直接使用氧气来生成过氧化氢。如果成功的话，这一过程会变得更加安全和经济可行。”

该团队将继续探讨另一个与铜有关的问题。Teixeira表示：“我们使用分散的铜。现在，我们知道，我们处理的是原子团。”

在这项研究中，研究人员使用的是纯甲烷。未来，可能利用生物质等可再生能源来提取气体。研究人员表示，利用光催化剂将甲烷转化为液体燃料，这一新策略还未实现商用，但其在近期内的潜力是巨大的。

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